姓名：仝啟龍 ? 學(xué)號(hào)：17101223413
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【嵌牛導(dǎo)讀】
由于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中存在著許多不小的瞬變脈沖，這些瞬變脈沖會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸，甚至傷害互連的設(shè)備，為了能夠在高速現(xiàn)場總線通信得到無錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須要對這些干擾進(jìn)行處理，通常會(huì)使用具有絕緣隔離功能的光電耦合器來維持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性并保護(hù)互連設(shè)備。
【嵌牛鼻子】光電耦合器
【嵌牛提問】什么是光電耦合器？光電耦合可以用來干什么？
【嵌牛正文】
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。光電隔離電路圖設(shè)計(jì)如圖1所示。
最為常用的光電隔離電路如圖2所示，應(yīng)用最為普遍的光電耦合器如東芝TLP521等都可以使用此電路，電路的輸入端使用一個(gè)限流電阻，輸出端使用一個(gè)分壓電阻，當(dāng)左側(cè)輸入端輸出高電平點(diǎn)亮LED，右側(cè)接收到光信號(hào)后電阻變小，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平，如果要使輸入輸出端電平狀態(tài)一致，可以將左側(cè)改為灌電流輸入的方式或者將右側(cè)分壓電阻接地連接。此電路還可以用于電平的轉(zhuǎn)換，LED發(fā)射端通過限流電阻的配合可以承受比較寬的電壓范圍，因此可以實(shí)現(xiàn)不同的工作電壓電平轉(zhuǎn)換，這種形式經(jīng)常應(yīng)用于一些開關(guān)量控制或讀取的電路中。
由于很多功率驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)常需要進(jìn)行電氣隔離，因此將驅(qū)動(dòng)電路與光電耦合器結(jié)合就成為具備功率驅(qū)動(dòng)功能的光耦，如東芝公司的TLP250，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)所圖3如示。光耦采用8腳DIP封裝，有一個(gè)光耦和一個(gè)推挽輸出電路組成，最大可以輸出1.5A電路，可以直接驅(qū)動(dòng)IGBT、MOSFET等功率器件，極大方便了電路的設(shè)計(jì)，類似的產(chǎn)品還有安捷倫公司的HCPL-3120具備最大2.5A的輸出電流。
普通的光電耦合器由于完成光電轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，只適合在通信速率要求不高的情況下使用，如上文介紹的TLP521，在串口應(yīng)用中9600以下的波特率還能夠正常工作，再高的波特率就無法使用，因此在需要對高速信號(hào)進(jìn)行隔離的場合需要使用針對高速隔離設(shè)計(jì)的高速光耦，6N137光耦合器是最常見的用于單通道隔離的高速光耦合器，其內(nèi)部由一個(gè)850 nm波長AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。
具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速（典型為10MBd），5mA的極小輸入電流，轉(zhuǎn)換速率高達(dá)10Mbps非常適合用于各種高速通信接口等高速數(shù)字信號(hào)的隔離。與6N137類似的還有HCPL-2601/2611，雙通道的HCPL-2630/2631等。其封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。
總結(jié)：由于光電隔離具有成本低、使用靈活等優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有廣泛的應(yīng)用，很多情況下仍然是隔離方式的首選。
