中心議題：

• 光電耦合器的性能特點
• 光電耦合器的選取原則
• TLP521-4簡介

解決方案：

• 結合設計實際要求選擇單芯片集成多路光耦的器件
• 光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是不小於500％
• 光電耦合器的傳輸速度適中

光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種由發光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現電→光→電信號的轉換，並且輸入信號與輸出信號隔離。目前絕大多數的光耦輸入采用砷化镓紅外發光二極管，輸出采用矽光電二極管、矽光電三極管及光觸發可控矽。因為峰值波長900～940nm的砷化镓紅外發光二極管能與矽光電器件的響應峰值波長相吻合，可獲得較高的信號傳輸效率。

交換的兩設備之間的公共地線
，使兩設備電氣隔離翻。同時，在電→光→電dian信xin號hao的de轉zhuan換huan中zhong，就jiu光guang電dian耦ou合he器qi件jian而er言yan，隻zhi要yao其qi輸shu入ru端duan有you一yi定ding的de電dian流liu
，其qi輸shu出chu端duan就jiu能neng輸shu出chu相xiang應ying的de數shu字zi信xin號hao。因yin此ci，邏luo輯ji電dian平ping的de信xin號hao傳chuan遞di變bian成cheng了le固gu定ding的de電dian流liu環huan中zhong電dian流liu有you否fou的de狀zhuang態tai傳chuan遞di。

適當增大電流(低阻傳輸)
，shijiazazaixinhaozhongdedianqizaoshengbeiwanquanxianzhizaisuoxuanzedekaiguandianliufudunei，jixiangduiruoxiaodeganraoxinhaodianliuwufagaibianyouyongxinhaodianliudeyouwuzhuangtai，jiukeyouxiaodiyizhiganrao
，tigaoxinxichuanshudekekaoxing。bingzengjiashujudechuanshujuli。guangouheqiyibanyouguangdefashe
、光的接收及信號放大組成。

輸入的電信號驅動發光二極管(LED)，使之發出一定波長的光。被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大後輸出。就完成了電一光一電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔ge離li的de作zuo用yong。由you於yu光guang耦ou合he器qi輸shu入ru輸shu出chu間jian互hu相xiang隔ge離li，電dian信xin號hao傳chuan輸shu具ju有you單dan向xiang性xing等deng特te點dian，因yin而er具ju有you良liang好hao的de電dian絕jue緣yuan能neng力li和he抗kang幹gan擾rao能neng力li。又you由you於yu光guang耦ou合he器qi的de輸shu人ren端duan屬shu於yu電dian流liu型xing工gong作zuo的de低di阻zu元yuan件jian，因yin而er具ju有you很hen強qiang的de共gong模mo抑yi製zhi能neng力li。

所suo以yi
，它ta在zai長chang線xian信xin息xi傳chuan輸shu中zhong作zuo為wei終zhong端duan隔ge離li元yuan件jian可ke以yi大da大da提ti高gao信xin噪zao比bi。在zai計ji算suan機ji數shu字zi通tong信xin及ji實shi時shi控kong製zhi中zhong作zuo為wei信xin號hao隔ge離li的de接jie口kou器qi件jian
，可ke大da大da增zeng加jia計ji算suan機ji工gong作zuo的de可ke靠kao性xing。

光電耦合器的性能特點

光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)優(you)點(dian)是(shi)單(dan)向(xiang)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)，輸(shu)人(ren)端(duan)與(yu)輸(shu)出(chu)端(duan)完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)，抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)強(qiang)，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)長(chang)
，傳(chuan)輸(shu)效(xiao)率(lv)高(gao)。它(ta)廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)電(dian)平(ping)轉(zhuan)換(huan)、信號隔離

、級間隔離、開關電路
、遠距離信號傳輸、脈衝放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、tongxinshebeijiweijijiekouzhong。zaikaiguandianyuanzhong，liyongxianxingguangouheqikegouchengguangoufankuidianlu
，tongguotiaojiekongzhiduandianliulaigaibianzhankongbi
，dadaojingmiwenyamude。

光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF
、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻
、集電極一發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極一發射極飽和壓降VCE(sat)
，此外
，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間
、下降時問、延遲時間和存儲時間等參數。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比表示。當輸出電壓保持恒定時
，其等於直流輸出電流IC與直流輸入電流，IF的百分比：CTR=IC／IF×100％。

采用一隻光敏三極管的光耦合器，CTR的範圍為20％～300％(如4N35)，而PC817為80％～160％，達林頓型光耦合器(如430)可達100％～5000％。這表明欲獲得同樣的輸出電流，後者隻需較小的輸入電流。

光電耦合器的選取原則

在設計光耦光電隔離電路時必須正確選擇光耦合器的型號及參數，選取原則如下：

(1)由you於yu光guang電dian耦ou合he器qi為wei信xin號hao單dan向xiang傳chuan輸shu器qi件jian，而er電dian路lu中zhong數shu據ju的de傳chuan輸shu是shi雙shuang向xiang的de，電dian路lu板ban的de尺chi寸cun要yao求qiu一yi定ding
，結jie合he電dian路lu設she計ji的de實shi際ji要yao求qiu
，就jiu要yao選xuan擇ze單dan芯xin片pian集ji成cheng多duo路lu光guang耦ou的de器qi件jian
；

(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許範圍是不小於500％。因為當CTR<500％時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0mA)，才能保證信號在長線傳輸中不發生錯誤，這會增大光耦的功耗
；

(3)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)也(ye)是(shi)選(xuan)取(qu)光(guang)耦(ou)必(bi)須(xu)遵(zun)循(xun)的(de)原(yuan)則(ze)之(zhi)一(yi)，光(guang)耦(ou)開(kai)關(guan)速(su)度(du)過(guo)慢(man)，無(wu)法(fa)對(dui)輸(shu)入(ru)電(dian)平(ping)做(zuo)出(chu)正(zheng)確(que)反(fan)應(ying)，會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

(4)推薦采用線性光耦。其特點是CTR值zhi能neng夠gou在zai一yi定ding範fan圍wei內nei做zuo線xian性xing調tiao整zheng。設she計ji中zhong由you於yu電dian路lu輸shu入ru輸shu出chu均jun是shi一yi種zhong高gao低di電dian平ping信xin號hao，故gu此ci，電dian路lu工gong作zuo在zai非fei線xian性xing狀zhuang態tai。而er在zai線xian性xing應ying用yong中zhong，因yin為wei信xin號hao不bu失shi真zhen的de傳chuan輸shu，所suo以yi，應ying根gen據ju動dong態tai工gong作zuo的de要yao求qiu，設she置zhi合he適shi的de靜jing態tai工gong作zuo點dian，使shi電dian路lu工gong作zuo在zai線xian性xing狀zhuang態tai。

通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，單(dan)芯(xin)片(pian)集(ji)成(cheng)多(duo)路(lu)光(guang)耦(ou)的(de)器(qi)件(jian)速(su)度(du)都(dou)比(bi)較(jiao)慢(man)
，而(er)速(su)度(du)快(kuai)的(de)器(qi)件(jian)大(da)多(duo)都(dou)是(shi)單(dan)路(lu)的(de)，大(da)量(liang)的(de)隔(ge)離(li)器(qi)件(jian)需(xu)要(yao)占(zhan)用(yong)很(hen)大(da)布(bu)板(ban)麵(mian)積(ji)，也(ye)使(shi)得(de)設(she)計(ji)的(de)成(cheng)本(ben)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)。在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)，受(shou)電(dian)路(lu)板(ban)尺(chi)寸(cun)、傳輸速度、設計成本等因素限製，無法選用速度上非常占優勢的單路光耦器件
，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4。

TLP521-4簡介

光電隔離模塊TLP521-4(GB)是一款具有完整基極一發射極的性能優良的固定延時光電耦合器，它具有最優轉換速度、高溫性能等特點。該器件主要特性：電流轉換率為100％～500％；隔離電壓為2500Vrms(min)
；發射一接收電壓為55V(min)；泄漏電流為lOμA(max)(Ta=85℃)；最小轉換時間為42μs。
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TLP52l-4(GB)的典型電路如圖1所示，具體的轉換時間參數見表1。由表1可知，TLP521_4(GB)最大傳輸延遲時間為42μs
，係統需要在1ms內完成8gezijiededuhuoxie，zuidachuanshuyanchishijianyimanzudianluchuanshuyanchishijiandeshuiping
，yinerzaichuanshusudushangwanquannenggoumanzuchangxianchuanshudeyaoqiu。tongguoduiqishuruduandekongzhi
，keshiguangouangongzuoxuyaodakaihuoguanbi。dangzaishurukongzhiduanjiagaodianpingshi，guangouzhengchanggongzuo。jiangshuruduanxinhaoouhedaoshuchuduan，erdangzaishurukongzhiduanjiadidianpingshi，qishuchuduanjidianjikailusanjiguanjiezhi，duiwaichenggaozutai。

電路設計

在zai長chang線xian傳chuan輸shu中zhong，正zheng是shi因yin為wei地di線xian的de交jiao流liu阻zu抗kang特te性xing，使shi得de地di線xian成cheng了le電dian路lu中zhong事shi實shi上shang的de最zui大da噪zao聲sheng源yuan。地di線xian造zao成cheng幹gan擾rao的de主zhu要yao原yuan因yin是shi地di線xian存cun在zai阻zu抗kang
，當dang電dian流liu流liu過guo地di線xian時shi，會hui在zai地di線xian上shang產chan生sheng電dian壓ya，這zhe就jiu是shi地di線xian噪zao聲sheng。在zai這zhe個ge電dian壓ya的de驅qu動dong下xia
，會hui產chan生sheng地di線xian環huan路lu電dian流liu
，形xing成cheng地di環huan路lu幹gan擾rao。南nan於yu發fa送song和he接jie收shou設she備bei共gong用yong一yi段duan地di線xian，會hui形xing成cheng公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he。

采用光電隔離器TLP521-4對發送和接收設備進行電氣隔離
，對於減小交流阻抗的作用十分明顯，進而增大傳輸電流，有效地抑製地線噪聲；同時由於74LS244N的應用。總線驅動能力得到保障。圖2為光耦發送和接收電路示意圖。圖2中
，上半部兩光耦自左向右傳輸信號，下半部兩光耦自右向左傳輸信號，左端74LS244N通過靜態存儲器IDT7132與處理器進行數據交換，右端通過8255與處理器進行數據交換。

調試中

，輸入周期為100μs，占空比為1／2的+5V方波，對一路光耦的輸入端波形和經過20m長線後接收光耦的輸出端波形以及經過74LS244整形後的波形進行記錄。記錄結果如圖3所示。


                       

congshurushuchuboxingdebijiaolaikan
，dianlunengduishuruboxingzhongdiejiadezaoshengganraojuyoumingxiandeyizhizuoyong，shishuchuboxingbiandeguanghuaqiewending，tigaoleshuchuxinzaobi。suiranyouyuguangoudezhuanhuanshijianwenti，boxingdezhankongbifashengleweiliangbianhuan，danshiyouyudianlushurushuchujunshiyizhonggaodidianpingxinhao，gubuyingxiangxinhaodezhengquechuanshu。

                                           

采cai用yong上shang述shu方fang法fa應ying用yong於yu並bing口kou長chang線xian傳chuan輸shu電dian路lu，能neng夠gou在zai保bao持chi並bing口kou傳chuan輸shu的de速su度du優you勢shi以yi及ji係xi統tong結jie構gou不bu變bian時shi
，保bao證zheng信xin號hao傳chuan輸shu的de準zhun確que性xing。在zai長chang距ju離li的de並bing口kou傳chuan輸shu中zhong
，隻zhi要yao對dui原yuan來lai短duan距ju離li並bing口kou電dian路lu稍shao加jia改gai動dong，就jiu可ke以yi保bao證zheng通tong信xin雙shuang方fang的de高gao速su隔ge離li並bing進jin行xing通tong信xin，因yin而er具ju有you較jiao大da實shi用yong價jia值zhi。