光隔离器的工作原理及其应用

光隔离器也称为光隔离器或光耦合器，它是一种通过使用光将电信号或电压从一个电路传输到另一个电路的装置，同时它将两个电路彼此隔离。它可以通过隔离过压信号来防止高电压或快速变化的电压损坏组件。光隔离器可以承受高达10KV的输入至输出电压和高达10KV的瞬变电压。

为什么需要光隔离器

大多数机器控制设备都会产生感应噪声，这些噪声可能会导致故障，借助光耦合器，我们可以将这种噪声隔离在输入信号中。大多数光隔离器用于防止电路一侧的高压或快速变化的电压损坏元件或使另一侧的传输失真。

光隔离器工作原理

光隔离器所需的两个主要重要元件是光发射器和光检测器。光隔离器有一个光源，它几乎总是一个近红外发光二极管，可以将电输入信号转换为光。光电传感器和光通道可以检测光并可以直接产生电能，也可以调制从外部电源流出的电流。使用的传感器可以是光敏电阻、光电二极管或光电晶体管。LED可以感应光，也可以发光。光电二极管光隔离器用于光电耦合固态继电器，用于驱动电源开关。光源和传感器存在于开槽光学开关中，其光通道是开放的，这允许外部物体调制光，从而阻碍光的路径或将光反射到传感器中。

光隔离器的类型

光电二极管光隔离器

这些类型的光隔离器使用LED作为光源，使用硅光电二极管作为传感器。通过使用外部电压源，光电二极管反向偏置，入射光增加流过二极管的反向电流。二极管本身不会产生能量，它会调节来自外部源的能量流。这种操作模式称为光导模式。在没有外部偏置的情况下，二极管通过将其端子充电至高达 0.7V 的电压，将光能转换为电能。能量是在外部高阻抗路径的帮助下产生的。这些类型的光隔离器可用于连接模拟信号。

光电晶体管光隔离器

光电晶体管比光电二极管慢，它是最早的类型，而且速度不快。为了达到光电晶体管的最大速度，必须对其进行适当的偏置和加载。使用场效应晶体管作为传感器的光电隔离器很少见，光电FET的导通不会在输出电路中注入开关电荷，并且在采样和保持电路中很有用。

双向光隔离器

上述光隔离器是单向的。它们都是单向的，因为光通道始终单向工作，从光源到传感器。但是LED能够检测入射光。这使得从一对LED构建双向光隔离器成为可能。最简单的双向光隔离器是一对LED面对面放置，并用热缩管固定在一起，两个LED之间的间隙可以用玻璃纤维插入物延长。

光隔离器的优点

1. 电气隔离以保护控制电路

2. 宽带信号传输是可能的

3. 逻辑电路接口简单

4. 它在较低频率下提供非常好的响应

5. 由于单向信号传输，输出侧的噪声不会得到耦合到输入侧

6. 它们紧凑且更便宜

光隔离器的缺点有哪些

1. 有机会对高功率信号进行信号耦合

2. 高频响应较差

光隔离器的应用

它可用于将低功率电路与高功率电路隔离，同时控制信号从控制电路耦合到高功率电路。此类应用的示例包括高功率斩波器和逆变器，以及用于直流电机速度控制的交流到直流转换器。光隔离器能够耦合基极驱动信号，以便为连接在DC-DC斩波器中的晶体管供电。




审核编辑：刘清