本文主要是關于光耦隔離的相關介紹，并著重對光耦隔離的輸入輸出及其接法進行了詳盡的闡述。
光耦隔離輸入輸出控制
1.Source?Input?多功能控制端子與開發射極的PLC及外部電源相連???﹙1﹚?外部電源為12.4V時輸出波形平滑，如下圖可見：
2.Source?Input?多功能控制端子與開發射極的PLC直接相連，此時我們沒有加外部電源?，因此只有內部固定電源的作用，我們可以看輸出輸入電壓為24.4V，輸出電壓為5.04V，其輸入輸出電壓示意圖如下：
光耦隔離技術使用技巧
光電耦合器（簡稱光耦），是一種把發光元件和光敏元件封裝在同一殼體內，中間通過電→光→電的轉換來傳輸電信號的半導體光電子器件。光電耦合器可根據不同要求，由不同種類的發光元件和光敏元件組合成許多系列的光電耦合器。目前應用最廣的是發光二極管和光敏三極管組合成的光電耦合器，其內部結構如圖1a所示。
光耦以光信號為媒介來實現電信號的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強的特點。對于既包括弱電控制部分，又包括強電控制部分的工業應用測控系統，采用光耦隔離可以很好地實現弱電和強電的隔離，達到抗干擾目的。但是，使用光耦隔離需要考慮以下幾個問題：
① 光耦直接用于隔離傳輸模擬量時，要考慮光耦的非線性問題；
② 光耦隔離傳輸數字量時，要考慮光耦的響應速度問題；
③ 如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設計問題。
1、光電耦合器非線性的克服
光電耦合器的輸入端是發光二極管，因此，它的輸入特性可用發光二極管的伏安特性來表示，如圖1b所示；輸出端是光敏三極管，因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性。
解決方法之一，利用2個具有相同非線性傳輸特性的光電耦合器，T1和T2，以及2個射極跟隨器A1和A2組成，。如果T1和T2是同型號同批次的光電耦合器，可以認為他們的非線性傳輸特性是完全一致的，即K1（I1）=K2（I1），則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=（R3/R2）［K1（I1）/K2（I1）］=R3/R2。由此可見，利用T1和T2電流傳輸特性的對稱性，利用反饋原理，可以很好的補償他們原來的非線性。
另一種模擬量傳輸的解決方法，就是采用VFC（電壓頻率轉換）方式，如圖3所示。現場變送器輸出模擬量信號（假設電壓信號），電壓頻率轉換器將變送器送來的電壓信號轉換成脈沖序列，通過光耦隔離后送出。在主機側，通過一個頻率電壓轉換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時，相當于光耦隔離的是數字量，可以消除光耦非線性的影響。這是一種有效、簡單易行的模擬量傳輸方式。
當然，也可以選擇線性光耦進行設計，如精密線性光耦TIL300，高速線性光耦6N135/6N136。線性光耦一般價格比普通光耦高，但是使用方便，設計簡單；隨著器件價格的下降，使用線性光耦將是趨勢。
2、提高光電耦合器的傳輸速度
當采用光耦隔離數字信號進行控制系統設計時，光電耦合器的傳輸特性，即傳輸速度，往往成為系統最大數據傳輸速率的決定因素。在許多總線式結構的工業測控系統中，為了防止各模塊之間的相互干擾，同時不降低通訊波特率，我們不得不采用高速光耦來實現模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136，6N137/6N138。但是，高速光耦價格比較高，導致設計成本提高。這里介紹兩種方法來提高普通光耦的開關速度。
由于光耦自身存在的分布電容，對傳輸速度造成影響，光敏三極管內部存在著分布電容Cbe和Cce，如圖4所示。由于光耦的電流傳輸比較低，其集電極負載電阻不能太小，否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是，負載電阻又不宜過大，負載電阻RL越大，由于分布電容的存在，光電耦合器的頻率特性就越差，傳輸延時也越長。
用2只光電耦合器T1，T2接成互補推挽式電路，可以提高光耦的開關速度，如圖5所示。當脈沖上升為“1”電平時，T1截止，T2導通。相反，當脈沖為“0”電平時，T1導通，T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優于單個光電耦合器的頻率特性。
此外，在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路，這樣可以大大提高光電耦合器的開關速度。如圖6所示電路，通過增加一個晶體管，四個電阻和一個電容，實驗證明，這個電路可以將光耦的最大數據傳輸速率提高10倍左右。
3、光耦的功率接口設計
微機測控系統中，經常要用到功率接口電路，以便于驅動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業自動化裝置正常運行的關鍵。
就抗干擾設計而言，很多場合下，我們既能采用光電耦合器隔離驅動，也能采用繼電器隔離驅動。一般情況下，對于那些響應速度要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設計功率接口；對于響應時間要求很快的控制系統，我們采用光電耦合器進行功率接口電路設計。這是因為繼電器的響應延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間通常都在10us之內，同時采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率驅動接口電路設計，可以達到簡化電路設計，降低散熱的目的。
因為普通光電耦合器的電流傳輸比CRT非常小，所以一般要用三極管對輸出電流進行放大，也可以直接采用達林頓型光電耦合器（見圖8）來代替普通光耦T1。例如東芝公司的4N30。對于輸出功率要求更高的場合，可以選用達林頓晶體管來替代普通三極管，例如ULN2800高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品，它的輸出電流和輸出電壓分別達到500mA和50V。
對于交流負載，可以采用光電可控硅驅動器進行隔離驅動設計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅動器，特點是耐壓高，驅動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅動，如圖9所示。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅，如圖10所示。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發功率雙向可控硅。
當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電雙向可控硅驅動器，例如MOC3010。圖11為交流可控驅動電路，來自微機的控制信號 經過光電雙向可控硅驅動器T1隔離，控制雙向可控硅T2的導通，實現交流負載的功率控制。
來自微機的控制信號 經過光電雙向可控硅驅動器隔離，控制可控硅橋式整流電路導通，實現交流一直流的功率控制。此電路已經應用在我們實驗室研制的新型電機控制設備中，效果良好。
光耦隔離的接法
在一般的隔離電源中，光耦隔離反饋是一種簡單、低成本的方式。但對于光耦反饋的各種連接方式及其區別，目前尚未見到比較深入的研究。而且在很多場合下，由于對光耦的工作原理理解不夠深入，光耦接法混亂，往往導致電路不能正常工作。本研究將詳細分析光耦工作原理，并針對光耦反饋的幾種典型接法加以對比研究。
常見的幾種連接方式及其工作原理
常用于反饋的光耦型號有TLP521、PC817等。這里以TLP521為例，介紹這類光耦的特性。
TLP521的原邊相當于一個發光二極管，原邊電流If越大，光強越強，副邊三極管的電流Ic越大。副邊三極管電流Ic與原邊二極管電流If的比值稱為光耦的電流放大系數，該系數隨溫度變化而變化，且受溫度影響較大。作反饋用的光耦正是利用“原邊電流變化將導致副邊電流變化”來實現反饋，因此在環境溫度變化劇烈的場合，由于放大系數的溫漂比較大，應盡量不通過光耦實現反饋。此外，使用這類光耦必須注意設計外圍參數，使其工作在比較寬的線性帶內，否則電路對運行參數的敏感度太強，不利于電路的穩定工作。
通常選擇TL431結合TLP521進行反饋。這時，TL431的工作原理相當于一個內部基準為2.5 V的電壓誤差放大器，所以在其1腳與3腳之間，要接補償網絡。
常見的光耦反饋第1種接法，如圖1所示。圖中，Vo為輸出電壓，Vd為芯片的供電電壓。com信號接芯片的誤差放大器輸出腳，或者把PWM 芯片（如UC3525）的內部電壓誤差放大器接成同相放大器形式，com信號則接到其對應的同相端引腳。注意左邊的地為輸出電壓地，右邊的地為芯片供電電壓地，兩者之間用光耦隔離。
圖1所示接法的工作原理如下：當輸出電壓升高時，TL431的1腳（相當于電壓誤差放大器的反向輸入端）電壓上升，3腳（相當于電壓誤差放大器的輸出腳） 電壓下降，光耦TLP521的原邊電流If增大，光耦的另一端輸出電流Ic增大，電阻R4上的電壓降增大，com引腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減小；反之，當輸出電壓降低時，調節過程類似。
常見的第2種接法，如圖2所示。與第1種接法不同的是，該接法中光耦的第4腳直接接到芯片的誤差放大器輸出端，而芯片內部的電壓誤差放大器必須接成同相端電位高于反相端電位的形式，利用運放的一種特性—— 當運放輸出電流過大（超過運放電流輸出能力）時，運放的輸出電壓值將下降，輸出電流越大，輸出電壓下降越多。因此，采用這種接法的電路，一定要把PWM 芯片的誤差放大器的兩個輸入引腳接到固定電位上，且必須是同向端電位高于反向端電位，使誤差放大器初始輸出電壓為高。
結語
關于光耦隔離的相關介紹就到這了，希望通過本文能讓你對?光耦隔離有更全面的認識。