開關(guān)量輸入輸出采用光電耦合的原因

　　光電耦合器，在開關(guān)量輸入輸出電路中的作用是：傳遞開關(guān)量信號(hào)并實(shí)現(xiàn)電路間的電氣隔離和濾除噪音和干擾。

　　在由發(fā)光二極管和光敏三極管組成的光電耦合器里，信息傳送介質(zhì)為光，但輸入和輸出都是電信號(hào)。由于信息的傳送和轉(zhuǎn)換過程都是在不透光的密閉環(huán)境下進(jìn)行的，它既不受電磁信號(hào)的干擾，又不受外界光的影響，因此利用光電耦合器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量和計(jì)算機(jī)總線之間的完全隔離。

　　(1)光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的噪聲電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極管發(fā)光，從而被抑制掉了。

　　(2)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地;之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。

　　(3)光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀器|儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。

　　(4)光電耦合器的響應(yīng)速度極快，其響應(yīng)延遲時(shí)間只有10μs左右，適于對(duì)響應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。

　　光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來的新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。

　　在開關(guān)電源中光耦的作用主要是隔離、提供反饋信號(hào)和開關(guān)作用。開關(guān)電源電路中光耦的電源是從高頻變壓器次級(jí)電壓提供的，當(dāng)輸出電壓低于穩(wěn)壓管電壓時(shí)給信號(hào)光耦接通，加大占空比，使得輸出電壓升高;反之則關(guān)斷光耦減小占空比，使得輸出電壓降低。一旦高頻變壓器次級(jí)負(fù)載超載或開關(guān)電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控制著開關(guān)電路不能起振，從而保護(hù)開關(guān)管不致被擊穿燒毀。 通常光耦與TL431一起使用。兩電阻串聯(lián)取樣到431R端與內(nèi)部比較器進(jìn)行比較。然后根據(jù)比出的信號(hào)再控制431K端(陽極接光耦那一端)對(duì)地的電阻，然后達(dá)到控制光耦內(nèi)部發(fā)光二極管的亮度。(光耦內(nèi)部一邊是一發(fā)光二極管，一邊是一光敏三極管)通過發(fā)光的強(qiáng)度?？刂屏硪欢巳龢O管的CE端的電阻也就是改變了LED電源驅(qū)動(dòng)芯片就會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸出信號(hào)的占空比,達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

　　常用于反饋的光耦型號(hào)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(dāng)于一個(gè)發(fā)光二極管，原邊電流If越大，光強(qiáng)越強(qiáng)，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(shù)，該系數(shù)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(dǎo)致副邊電流變化”來實(shí)現(xiàn)反饋，因此在環(huán)境溫度變化劇烈的場(chǎng)合，由于放大系數(shù)的溫漂比較大，應(yīng)盡量不通過光耦實(shí)現(xiàn)反饋。此外，使用這類光耦必須注意設(shè)計(jì)外圍參數(shù)，使其工作在比較寬的線性帶內(nèi)，否則電路對(duì)運(yùn)行參數(shù)的敏感度太強(qiáng)，不利于電路的穩(wěn)定工作。

　　通常來說，在典型的電路，如TL431電路中，會(huì)使用TLP521進(jìn)行反饋。此時(shí)TL431的工作狀態(tài)相當(dāng)于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5V電壓誤差放大器，所以在其1腳與3腳之間，要接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。