哪種類型的光隔離器適合您的信號？

光隔離器是一種電子設備，可用于在二極管之間傳遞信息而不通過電流。由于無需在光隔離器電路中的輸入和輸出之間直接傳遞電壓或電流，因此這些元件可用于在PCB的兩個區(qū)域中提供電氣隔離。光隔離器充當保護機制，確保有害電流不會流過設備。

簡單來說，光隔離器的工作原理是獲取輸入電信號并使用發(fā)光二極管將其轉換為光信號，通常在近紅外光譜中工作。然后，在同一器件中，光電二極管、光電晶體管或光電達林頓晶體管等光敏器件將光信號轉換回電信號。這為輸入端出現(xiàn)的任何電壓瞬變或過電壓電平提供了屏障，使其不會影響光隔離器輸出端的電路。組件密封在不透明的封裝中，以防止外部光線的干擾。

有許多不同類型的光隔離器電路廣泛用于通信、控制和監(jiān)控系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號可能為有害電壓提供進入點以損壞設備。當易受感應電壓瞬變或接地層浪涌影響的長數(shù)據(jù)電纜進入包含敏感半導體元件的電子設備時，它們特別有用。
選擇光隔離器時的重要規(guī)格

值得一提的是，光耦合器和光隔離器這兩個術語通常可以互換使用;然而，通常的慣例是光耦合器是可以隔離高達約5000V電壓的器件，而光隔離器是可以隔離超過5000V電壓的器件。如果您看到此約定的例外情況，請不要感到驚訝。光隔離器的速度也不同，固態(tài)繼電器等快速光隔離器在數(shù)據(jù)傳輸方面將優(yōu)于二極管光隔離器等產(chǎn)品。如有疑問，請查看數(shù)據(jù)手冊。下圖顯示了光隔離器或光耦合器的典型電路圖，輸入在左側，輸出在右側。

目前，我們想專注于不同類型的光隔離器。選擇光隔離器時，需要考慮的關鍵參數(shù)是隔離電壓、帶寬、線性度、電流傳輸比和功率要求。

隔離電壓

隔離電壓是LED和光傳感器之間可能存在的最大額定電壓差。該隔離電壓由光隔離器器件本身的結構和器件外部因素決定。當器件光源元件處的電壓電弧穿過光傳感器元件時，將發(fā)生內部擊穿。同樣，當器件輸入引腳上的電壓電弧穿過輸出引腳時，也會發(fā)生外部擊穿。這受到PCB設計的影響，PCB設計是輸入和輸出的走線的布線和分離方式以及器件周圍的環(huán)境條件。發(fā)生電弧的電壓將取決于溫度、濕度、分離距離、壓力和空氣污染物的存在。距離和濕度是最重要的因素。典型的現(xiàn)成光隔離器可以承受高達10kV的輸入至輸出電壓差和約25kV/μs的電壓瞬變。

電流傳輸比

電流傳輸比（CTR）是LED和傳感器電流之間的比值，有效地獲得器件并反映其效率。具有低CTR的光隔離器需要更多的電流來驅動LED，從而在光電晶體管上為特定輸出負載產(chǎn)生足夠的電流。

CTR不是恒定的，而是取決于進入元件的輸入電流。CTR也會因每個組件、其溫度和組件的使用年限而異，因此選擇一款能夠在光隔離器將使用的設備的最大額定溫度和最長工作壽命下提供所需CTR的器件至關重要。組件的制造公差可能導致同一批次組件內的CTR范圍很廣，因此設計必須基于數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的最小CTR。所有這些因素都會使最佳設備的選擇變得棘手。如有疑問，請?zhí)砑咏】档恼`差范圍，并使用最壞情況的元件值仿真電路，以確保電路正常工作。

功率

要記住的最后一個因素是光隔離器電路本身的功率要求以及組件因損耗而產(chǎn)生的熱量的管理?；窘M件可能效率相對較低，并且會產(chǎn)生必須適當處理的大量熱能水平，特別是當光隔離器本身的性能將受到加熱效應的不利影響時。在設計電路布局時，請記住將光隔離器電路的輸入走線與所有其他走線（尤其是接地層和電源層）適當分開，以防止走線之間的瞬變進行容性或電感耦合。

光隔離器結構

光隔離器通常使用近紅外LED將電輸入信號轉換為等效光信號。光包含在封閉的光隔離通道（也稱為介電通道）中。光隔離通道末端的光敏器件可以直接從接收到的光產(chǎn)生電信號，或者使用接收到的光來調制從外部電源流出的電流。光敏器件可以是光敏電阻、光電二極管、光電晶體管、可控硅整流器（SCR）或三端雙向可控硅。由于光敏電阻既可以用作光源，也可以用作光敏器件，因此可以使用兩個光敏電阻形成雙向光隔離器，光隔離通道的兩端各一個。性能和效率問題限制了雙向光隔離器的可用性和應用。等效電路可以使用兩個反向配置的單向光隔離器來實現(xiàn)，但代價是需要更多分立元件和更大的尺寸。

四種類型的光隔離器組件（從左到右）：施密特緩沖器、三端雙向可控硅、光電晶體管和SCR。這些設備也可以在多個通道中進行配置。

光隔離器的物理布局主要取決于所需的隔離電壓。額定電壓低于幾kV的設備通常具有平面結構。傳感器芯片覆蓋有一塊玻璃或透明塑料，上面是LED芯片。傳感器的吸收光譜將與LED的輸出光譜相匹配。光隔離通道的厚度決定了器件的額定擊穿電壓。額定擊穿電壓較高的器件通常采用硅膠圓頂結構。LED和傳感器芯片放置在封裝的另一側，由透明硅膠圓頂形成的間隙隔開。圓頂?shù)男螤羁梢员M可能多地將光從LED引導到傳感器。

光隔離器中的傳感器類型

光敏電阻是用于直流和交流電路的非極性器件。它們通過改變其電阻與接收到的光能強度成反比來工作

光電二極管當光能落在光電二極管上時，會產(chǎn)生與接收到的光能強度成比例的電荷。這種小電荷可用于驅動高阻抗負載，并且光電二極管在光伏模式下工作。

光電晶體管本質上比光電二極管慢，必須正確偏置和加載才能達到數(shù)十kHz的速度。然而，它們的集電極開路輸出意味著它們具有能夠產(chǎn)生更大輸出電流并且更靈敏的優(yōu)點。

光硅可控硅整流器（SCR）光隔離器是一種基于晶閘管的隔離器，專為交流功率控制應用而設計。它們也稱為光電SCR，可完全隔離交流電源線上存在的噪聲和電壓瞬變。

光三端雙向可控硅（交流電三極管）光隔離器與光電SCR一樣，經(jīng)過優(yōu)化，可用于固態(tài)繼電器應用，以控制交流電供電的負載。

光電MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）繼電器是一種不太常見的光隔離器類型，設計用于在環(huán)境挑戰(zhàn)條件下需要高可靠性和長壽命的快速開關應用。

結論

在選擇光隔離器類型時，不要只選擇適合您預算且您最喜歡的供應商有庫存的任何設備。光隔離器有多種不同類型的光隔離器，針對特定應用進行了優(yōu)化。通過考慮關鍵因素開始選擇過程