2.3 光耦合器的特性与选用

光耦合器（Optical Coupler，OC）也叫光隔离器（Optical Isolation，OI），简称为光耦。它是一种以红外光进行信号传递的器件，由两部分组成：一部分是发光体，实际上是一只发光二极管，受输入电流的控制，发出不同强度的红外光；另一部分是受光器，受光器接收光照以后，产生光电流，并从输出端输出。它的光-电反应也是随着光的强弱改变而变化的。这就实现了“电—光—电”功能转换，也就是隔离信号传递。光耦合器的主要优点是单向信号传输，输入端和输出端完全实现了隔离，不受其他任何电气干扰和电磁干扰，具有很强的抗干扰能力。因为它是一种发光体，而且用低电平的电源供电，所以它的使用寿命长，传输效率高，而且体积小，可广泛用于级间耦合、信号传输、电气隔离、电路开关以及电平转换等。在仪器仪表、通信设备及各种电路接口中都应用到了光耦合器。在开关电源电路中，利用光耦合器构成反馈回路，通过光耦合器来调整、控制输出电压，达到稳定输出电压的目的；通过光耦合器进行脉冲转换。

2.3.1 光耦合器的分类

光耦合器有多种，根据不同的用途，可选用不同类型的光耦合器。光耦合器有双排直插式、管式、光导纤维式等多种封装，其型号有无基极引线通用型、有基极引线通用型、达林顿型、光电集成电路型、光控晶闸管型等，如图2-10所示。

2.3.2 光耦合器的工作原理

光耦合器是由两种不同器件组合成的，一种是发光二极管，硅材料在一定电流作用下，发出一种不可见的光波，而且它随着电压的增加，二极管的发光“亮度”成比例地增加。另一部分为接收晶体管，也称受光器，发光二极管发出的光与受光器（光敏晶体管）产生电流，这种电流也与发光二极管的发光亮度成比例，也就是受光器所产生的电流与加在发光二极管上的电压成比例，从而实现了“电—光—电”的传递，利用这一特性，广泛用于信号传递、光电开关、电平转换、脉冲放大、电性隔离及微机传输接口等，这种光耦合器具有安全可靠、传输距离远、抗干扰能力强、使用效率高、寿命长等特点。

光耦合器的主要参数是电流传输比，是当输出电压保持恒定时，光耦合器的输出电流Io与输入电流Ii之比，公式为。

对开关电源的采样控制，采用线性较好的光耦合器，它对输出负载的稳定起着决定性的作用，典型产品型号有PC817、PC816、4N35等。

2.3.3 光耦合器的主要参数

光耦合器的主要参数有电流传输比CTR（＞100%）、绝缘电压VDC（＞1550V）、最大正向电流IFM（＞60mA）、反向击穿电压V（BR）CEO（＞30V）、饱和压降VCES（＜0.3V）、暗电流IR（=50μA）。在这些参数里，前两个参数比较重要，设计电路时也要考虑IFM和VCES。

根据光耦合器的结构和内部电路，可用万用表的R×1k档测量发光二极管的正、反向电阻，其中正向电阻为2kΩ左右，反向电阻为无穷大；接收晶体管CE极的电阻为无穷大。绝缘电阻可用2500V的ZC11-5型绝缘电阻表进行测量，若测得的绝缘电阻大于1010Ω，证明质量很好。

NEC-2501的引脚排列如图2-11所示。靠近黑圆点的为第一脚，它是发光二极管的正极，然后按逆时针数各个脚位。电流传输比CTR是光耦合器的重要参数，在接收管的输出保持不变时，它的输出电流Io与输入电流Ii之比就是传输比，CTR=Io/Ii×100%。如PC817的传输比为80%～160%，4N30为100%～5000%。可见，4N30只需要较小的输入电流，就可以变换输出为较大的电流，具有放大作用，因此选择合适的电压或电流传输信号而且呈线性关系是很重要的。

2.3.4 光耦合器的选用原则

正确选用光耦合器的型号及参数的原则如下：

1）电流传输比CTR的允许选取范围是100%～200%。当CTR为80%时，光耦合器中的发光二极管需要较大的工作电流（大于5.0mA）才能控制电路的占空比。这样做的结果是增加了光耦合器的功耗。当CTR高于250%时，若启动电流或输出负载发生突变，有可能发生误触发，即误关断，影响正常工作。

2）要采用线性良好的光耦合器。因为光耦合器具有良好的线性时，电源控制调整十分有序，输出稳定可靠。常用线性光耦合器的型号及主要参数见表2-4。