光耦合器：其类型和在DC/AC电路中的各种应用

介绍
光耦合器是一种在两个隔离电路之间传输电信号的电子元件。光耦合器也称为光隔离器、光电耦合器或光隔离器。
光耦合器通常用于电路，尤其是低电压或高噪声敏感电路，用于隔离电路，以防止电气碰撞机会或排除不需要的噪声。在目前的商业市场上，我们可以购买具有10 kV至20 kV输入到输出耐压能力的光耦合器，规格为25 kV / uS电压瞬变。
 
 

光耦合器

这是光耦合器的内部结构。在左侧引脚1和引脚2上裸露，它是一个LED（发光二极管），LED向右侧的光敏晶体管发射红外光。光电晶体管通过其集电极和发射极切换输出电路，与典型的BJT晶体管相同。LED的强度直接控制光电晶体管。

由于LED可以由不同的电路控制，而光电晶体管可以控制不同的电路，因此两个独立的电路可以由光耦合器控制。此外，在光电晶体管和红外LED之间，空间是透明和非导电材料;它对两个不同的电路进行电气隔离。LED和光电晶体管之间的中空空间可以使用玻璃，空气或透明塑料制成，电气隔离度要高得多，通常为10 kV或更高。

光耦合器内部结构 

光耦合器的类型

市场上有许多不同类型的光耦合器，具体取决于其需求和开关能力。根据用途的不同，主要有四种类型的光耦合器可供选择。

1. 使用光电晶体管的光耦合器。

2. 使用光电达林顿晶体管的光耦合器。

3. 使用光电TRIAC的光耦合器。

4. 使用光片SCR的光耦合器。

光电晶体管光耦合器

在上图中，内部结构显示在光电晶体管光耦合器内部。晶体管类型可以是任何东西，无论是PNP还是NPN。

光电晶体管可以分为两种类型，具体取决于输出引脚的可用性。在左边的第二个图像上，有一个额外的引脚输出，它与晶体管的基极内部连接。该引脚6用于控制光电晶体管的灵敏度。通常，引脚用于使用高阻值电阻器与地或负极连接。在这种配置中，可以有效控制由噪声或电气瞬变引起的误触发。

此外，在使用基于光电晶体管的光耦合器之前，用户必须知道晶体管的最大额定值。PC816、PC817、LTV817、K847PH是少数广泛使用的基于光电晶体管的光耦合器。照片– 基于晶体管的光耦合器用于直流电路相关隔离。

光电达林顿晶体管光耦合器

在上图中有两种类型的符号，显示了基于Photo-Darlington的光耦合器的内部结构。

达林顿晶体管是两个晶体管对，其中一个晶体管控制另一个晶体管基极。在这种配置中，达林顿晶体管提供高增益能力。像往常一样，LED发射红外LED并控制这对晶体管的基极。

这种类型的光耦合器也用于直流电路相关领域的隔离。内部连接到晶体管基极的第6个引脚，用于控制晶体管的灵敏度，如前面的光电晶体管描述中所述。4N32、4N33、H21B1、H21B2、H21B3是少数基于达林顿光耦合器的例子。

光电可控硅光耦合器

 

在上图中显示了内部结构或基于TRIAC的光耦合器。

可控硅主要用于需要交流控制或开关的地方。LED可以使用直流电进行控制，而可控硅则用于控制交流电。这是一个三端双向可控硅应用程序。基于光电可控硅的光耦合器示例包括IL420，4N35等是基于可控硅的光耦合器。

 

基于光电可控硅的光耦合器

SCR代表可控硅整流器，SCR也称为晶闸管。在上图中，显示了基于Photo-SCR的光耦合器的内部结构。与其他光耦合器一样，LED发射红外线。SCR 由 LED 的强度控制。基于光电SCR的光耦合器，用于交流相关电路。

基于光电SCR的光耦合器的几个例子是：- MOC3071，IL400，MOC3072等。

光耦合器的应用

如前所述，很少有光耦合器用于直流电路，很少有光耦合器用于交流相关操作。由于光耦合器不允许两侧之间直接电气连接，因此光耦合器的主要应用是隔离两个电路。

从开关其他应用，就像晶体管可用于开关应用一样，可以使用光耦合器。它可用于各种微控制器相关操作，其中需要来自高压电路的数字脉冲或模拟信息，光耦合器可用于在两者之间实现出色的隔离。

光耦合器可用于交流检测、直流控制相关操作。让我们看看光电晶体管的几个应用。

用于开关直流电路的光耦合器：

在上部电路中使用基于光电晶体管的光耦合器电路。它将像典型的晶体管开关一样工作。在原理图中，使用了基于光电晶体管的低成本光耦合器PC817。红外线LED 将由 S1 开关控制。当开关打开时，9V 电池电源将通过限流电阻 10k 向 LED 提供电流。强度由R1电阻控制。如果我们改变值并使电阻降低，LED的强度将很高，从而使晶体管增益很高。

另一方面，晶体管是由内部红外LED控制的光电晶体管，当LED发出红外光时，光电晶体管将接触，VOUT将为0，关闭连接在其上的负载。需要记住的是，根据数据表，晶体管的集电极电流为50mA。R2 提供 VOUT 5v。R2为上拉电阻。

您可以在下面的视频中看到使用光耦合器切换LED ...

在这种配置中，基于光电晶体管的光耦合器可以与微控制器一起使用，以检测脉冲或中断。

用于检测交流电压的光耦合器：

图中显示了另一个电路来检测交流电压。红外LED 由两个100k 电阻控制。使用两个 100k 电阻而不是一个 200k 电阻器是为了在短路相关条件下提供额外的安全性。LED 连接在墙上插座线 （L） 和中性线 （N） 上。当按下S1时，LED开始发出红外线。光电晶体管发出响应并将VOUT从5V转换为0V。

在这种配置中，光耦合器可以连接在低压电路上，例如需要交流电压检测的微控制器单元。输出将产生方高到低脉冲。

到目前为止，第一个电路用于控制或切换直流电路，第二个电路用于检测交流电路并控制或切换直流电路。接下来，我们将看到使用直流电路控制交流电路。

 

用于使用直流电压控制交流电路的光耦合器：

在上电路中，LED再次由9V电池通过10k电阻和开关的状态进行控制。另一方面，使用基于光电可控硅的光耦合器，该耦合器从220V交流插座控制交流灯。68R电阻用于控制BT136可控硅，由光耦合器单元内的光电可控硅控制。

这种类型的配置用于控制使用低压电路的电器。IL420用于上部原理图，这是一个基于光电可控硅的光耦合器。

除此类电路外，SMPS中还可以使用光耦合器向初级侧发送次级侧短路或过流情况信息。