光耦合器输入驱动电路的LED电流分流技术

本文档重点介绍光耦合器，包括其基本原理，操作和常见应用。为了最大程度地提高设备效率，建议使用一些技术。还讨论了将LED用作输入的情况以及用于所述拓扑的相应处理技术。

简介

光耦合器是光源和光敏检测器的组合。在光耦合器或光子耦合对中，耦合是通过在透明绝缘间隙的一侧生成光，并在间隙的另一侧检测到光而实现的，而两侧之间没有电连接（少量的光耦合器除外）耦合电容）。在飞兆半导体的光耦合器中，光是由红外发光二极管产生的，光电检测器是硅二极管，用于驱动放大器（例如晶体管）。硅材料的灵敏度在LED发射的波长处达到峰值，从而实现最大的信号耦合。

如果光耦合器的输入是LED，则输入特性将相同，而与所采用的检测器类型无关。LED二极管的特性如图1所示。正向偏置电流阈值显示为约1伏，电流呈指数增长，在1.2至1.3的VF时，IF的可用范围在1 mA至100 mA之间。伏特 正向偏置阻抗的动态值取决于电流，并在插入图上显示了RDF和∆R，如图中所定义。在雪崩击穿之前，反向泄漏在纳安范围内。

LED等效电路以及组件的典型值如图2所示。如果需要用于计算机建模，则提供二极管方程式，并为IR LED给出方程式的常数。请注意，结电容很大，并且会随着施加的正向电压而增加。该电容随施加电压的变化的实际曲线如图3所示。正是由驱动器阻抗控制的大电容影响了LED的脉冲响应。在结电流产生光之前，必须对电容充电。在快速脉冲条件下，这种效应会导致外加电流与光发射之间固有的10-20纳秒或更长时间的延迟。

LED用于正向偏置模式。由于电流在阈值以上迅速增加，因此应始终以电流模式驱动设备，而不是电压驱动。实现电流驱动的最简单方法是提供一个串联限流电阻，如图4所示，这样，VAPP和VF之间的差异
将在所需的IF处通过电阻降低，这是由其他标准确定的。

所示的硅二极管与LED反向平行安装。该二极管用于保护LED的反向击穿，并且是实现这种保护的最简单方法。必须保护LED免受反向雪崩区域的过大功率消耗。少量的反向电流不会损坏LED，但必须防止意外的电流浪涌。

LED的正向电压具有1.05 mV /°C的负温度系数，其变化如图5所示。

交流电源监控
在某些情况下，可能有必要从120 VRMS，60 Hz或400 Hz的电源驱动LED。由于LED的响应时间为十亿分之一秒，因此它将忠实地遵循AC偏移，在输入的每个零交叉处打开和关闭。如果希望从光耦合器检测器获得恒定输出，如交流至逻辑耦合，则必须对LED的输入进行整流和滤波。的电路

图6说明了一种简单的滤波方案，用于将DC电流传递到LED。在某些情况下，可以将滤波器设计到光耦合器的检测器侧，从而允许LED以线频脉冲。在图6的电路中，选择C1的值可将IF的变化减小到检测器部分可检测到的电流以下的半个周期以下。这种情况通常意味着检测器处于饱和状态，因此不会感测到IF的微小变化。调整R1，R2和R3的值以优化滤波功能，R3C1时间常数等。

逻辑至逻辑接口

在使用光耦合器的逻辑至逻辑耦合中，可以使用简单的晶体管驱动电路，如图7所示。在常关状态下，仅当晶体管处于饱和状态时，LED才通电。给出了用于计算串联限流电阻器值的设计方程式。晶体管关闭时，只有很小的集电极泄漏电流将流过LED。

如果可以在光耦合器检测器中检测到这种小泄漏，则可以通过添加一个与R1并联的与LED并联的电阻来绕过LED绕过泄漏。计算得出的R1值可能很大，以使泄漏电流发展到小于图5的阈值VF（〜0.8伏）。驱动晶体管可以是TTL或DTL集成电路的正常输出电流吸收器，它将吸收16％的电流。标称值为0.2 V的mA，饱和电流高达50 mA。

如果逻辑电路无法吸收必要的IF，则可以使用辅助驱动晶体管来提高电流容量。图8的电路显示了如何将PNP晶体管作为发射极跟随器或公共集电极连接以获得电流增益。当门（G1）的输出为低电平时，Q1导通，电流流过LED。R1的计算现在必须包括基极-发射极的正向偏置电压降VBE，如图所示。

LED电流分流技术

在某些情况下，不希望所有输入电流都流过LED。实现此目的的一种方法是提供一个如图9所示的用于阈值调节的旁路电阻。在完全打开和关闭输入电流的情况下，这种方法是令人满意的，但是如果电流的信息只是在恒定DC水平上的微小变化，则旁路电阻器还会绕过LED周围的大部分所需信号。

可以使用两种方法以很少的衰减来检索信号。如果信号具有快速变化（例如，电话线上的音频信号），则可以通过反馈电路消除检测器中的DC分量。如果变化缓慢，则可以使用动态分流器代替固定电阻器。

如果将恒定电流设备或电路与LED并联使用，如图10所示，则DC的调整分量将流过动态阻抗，并且任何电流变化都将导致端子电压的变化。因此，总电流变化将流过并联的LED电路。图18的曲线图显示了此特定电路的性能，调整后以IL = 120mA为中心，电路节点电压为3.4伏。在所示电路中，为方便起见，使用了CNY17-1和CNY17-4的检测器部分。注意，在图18中，大多数电流变化以IF的形式出现。分流器的直流电阻（RD）与动态阻抗（Rd）之比为50，它表示通过固定电阻器实现的信号传输增益。

编辑：hfy