1 引言
光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種由發(fā)光器件和光敏器件組成的光電器件,。它能實現(xiàn)電→光→電信號的轉(zhuǎn)換，并且輸入信號與輸出信號隔離,。目前絕大多數(shù)的光耦輸入采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管,，輸出采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅,。因為峰值波長900～940 nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅光電器件的響應(yīng)峰值波長相吻合,，可獲得較高的信號傳輸效率?！ ?br />
并行接口又簡稱為“并口”,，是一種增強(qiáng)了的雙向并行傳輸接口。所謂“并口”,，是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線傳送,，數(shù)據(jù)傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制,。所謂“長線”是相對于數(shù)據(jù)的傳輸速度而言,。例如，數(shù)據(jù)傳輸速率為9 600 b／s時,，20 m的電纜即可認(rèn)為是長線,。傳輸線長度增加，干擾就會增加,，容易出錯,，使信號無法遠(yuǎn)距離傳輸。對傳輸線進(jìn)行“隔離”和“浮地”處理,，是解決上述問題的較好方法,。采用光電隔離電路，可去掉數(shù)據(jù)交換的兩設(shè)備之間的公共地線,，使兩設(shè)備電氣隔離翻,。同時，在電→光→電信號的轉(zhuǎn)換中，就光電耦合器件而言,，只要其輸入端有一定的電流,，其輸出端就能輸出相應(yīng)的數(shù)字信號。因此,，邏輯電平的信號傳遞變成了固定的電流環(huán)中電流有否的狀態(tài)傳遞,。適當(dāng)增大電流(低阻傳輸)，使夾雜在信號中的電氣噪聲被完全限制在所選擇的開關(guān)電流幅度內(nèi),，即相對弱小的干擾信號電流無法改變有用信號電流的有無狀態(tài),，就可有效地抑制干擾，提高信息傳輸?shù)目煽啃?。并增加?shù)據(jù)的傳輸距離,。光耦合器一般由光的發(fā)射、光的接收及信號放大組成,。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED),，使之發(fā)出一定波長的光。被光探測器接收而產(chǎn)生光電流,，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出,。就完成了電一光一電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入,、輸出,、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離,，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn),，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸人端屬于電流型工作的低阻元件,，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力,。所以，它在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比,。在計算機(jī)數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件,，可大大增加計算機(jī)工作的可靠性?！ ?br />
2 光電耦合器的性能特點(diǎn)
光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號,，輸人端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng),，使用壽命長,，傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換,、信號隔離,、級間隔離,、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號傳輸,、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?！?br />
光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)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(fā)射極反向擊穿電壓V(BR)CEO,、集電極一發(fā)射極飽和壓降VCE(sat),，此外，在傳輸數(shù)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(shù)。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數(shù),，通常用直流電流傳輸比表示,。當(dāng)輸出電壓保持恒定時，其等于直流輸出電流IC與直流輸入電流,，IF的百分比：CTR=IC／IF×100％,。
采用一只光敏三極管的光耦合器,，CTR的范圍為20％～300％(如4N35),，而PC817為80％～160％，達(dá)林頓型光耦合器(如430)可達(dá)100％～5000％,。這表明欲獲得同樣的輸出電流,，后者只需較小的輸入電流?！ ?br />
3 光電耦合器的選取原則
在設(shè)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(shù),，選取原則如下：
(1)由于光電耦合器為信號單向傳輸器件，而電路中數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的,，電路板的尺寸要求一定,，結(jié)合電路設(shè)計的實際要求,，就要選擇單芯片集成多路光耦的器件；
(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是不小于500％,。因為當(dāng)CTR<500％時,，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0 mA)，才能保證信號在長線傳輸中不發(fā)生錯誤,，這會增大光耦的功耗,；
(3)光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一，光耦開關(guān)速度過慢,，無法對輸入電平做出正確反應(yīng),，會影響電路的正常工作?！?br />
(4)推薦采用線性光耦,。其特點(diǎn)是CTR值能夠在一定范圍內(nèi)做線性調(diào)整。設(shè)計中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信號,，故此,，電路工作在非線性狀態(tài)。而在線性應(yīng)用中,，因為信號不失真的傳輸,，所以，應(yīng)根據(jù)動態(tài)工作的要求,，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn),，使電路工作在線性狀態(tài)。
通常情況下,，單芯片集成多路光耦的器件速度都比較慢,，而速度快的器件大多都是單路的，大量的隔離器件需要占用很大布板面積,，也使得設(shè)計的成本大大增加,。在設(shè)計中，受電路板尺寸,、傳輸速度,、設(shè)計成本等因素限制，無法選用速度上非常占優(yōu)勢的單路光耦器件,，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4,。
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(fā)射極的性能優(yōu)良的固定延時光電耦合器,，它具有最優(yōu)轉(zhuǎn)換速度,、高溫性能等特點(diǎn)。該器件主要特性：電流轉(zhuǎn)換率為100％～500％,；隔離電壓為2 500 Vrms(min),；發(fā)射一接收電壓為55 V(min),；泄漏電流為lOμA(max)(Ta=85℃)；最小轉(zhuǎn)換時間為42μs,。
TLP52l-4(GB)的典型電路如圖1所示,，具體的轉(zhuǎn)換時間參數(shù)見表1。由表1可知,，TLP521_4(GB)最大傳輸延遲時間為42μs,，系統(tǒng)需要在1 ms內(nèi)完成8個字節(jié)的讀或?qū)懀畲髠鬏斞舆t時間已滿足電路傳輸延遲時間的水平,，因而在傳輸速度上完全能夠滿足長線傳輸?shù)囊?。通過對其輸入端的控制，可使光耦按工作需要打開或關(guān)閉,。當(dāng)在輸入控制端加高電平時,，光耦正常工作。將輸入端信號耦合到輸出端,，而當(dāng)在輸入控制端加低電平時,，其輸出端集電極開路三極管截止，對外呈高阻態(tài),。
5 電路設(shè)計
