光耦合器輸入驅動電路的LED電流分流技術

本文檔重點介紹光耦合器，包括其基本原理，操作和常見應用。為了最大程度地提高設備效率，建議使用一些技術。還討論了將LED用作輸入的情況以及用于所述拓撲的相應處理技術。

簡介

光耦合器是光源和光敏檢測器的組合。在光耦合器或光子耦合對中，耦合是通過在透明絕緣間隙的一側生成光，并在間隙的另一側檢測到光而實現的，而兩側之間沒有電連接（少量的光耦合器除外）耦合電容）。在飛兆半導體的光耦合器中，光是由紅外發光二極管產生的，光電檢測器是硅二極管，用于驅動放大器（例如晶體管）。硅材料的靈敏度在LED發射的波長處達到峰值，從而實現最大的信號耦合。

如果光耦合器的輸入是LED，則輸入特性將相同，而與所采用的檢測器類型無關。LED二極管的特性如圖1所示。正向偏置電流閾值顯示為約1伏，電流呈指數增長，在1.2至1.3的VF時，IF的可用范圍在1 mA至100 mA之間。伏特正向偏置阻抗的動態值取決于電流，并在插入圖上顯示了RDF和?R，如圖中所定義。在雪崩擊穿之前，反向泄漏在納安范圍內。

LED等效電路以及組件的典型值如圖2所示。如果需要用于計算機建模，則提供二極管方程式，并為IR LED給出方程式的常數。請注意，結電容很大，并且會隨著施加的正向電壓而增加。該電容隨施加電壓的變化的實際曲線如圖3所示。正是由驅動器阻抗控制的大電容影響了LED的脈沖響應。在結電流產生光之前，必須對電容充電。在快速脈沖條件下，這種效應會導致外加電流與光發射之間固有的10-20納秒或更長時間的延遲。

LED用于正向偏置模式。由于電流在閾值以上迅速增加，因此應始終以電流模式驅動設備，而不是電壓驅動。實現電流驅動的最簡單方法是提供一個串聯限流電阻，如圖4所示，這樣，VAPP和VF之間的差異
將在所需的IF處通過電阻降低，這是由其他標準確定的。

所示的硅二極管與LED反向平行安裝。該二極管用于保護LED的反向擊穿，并且是實現這種保護的最簡單方法。必須保護LED免受反向雪崩區域的過大功率消耗。少量的反向電流不會損壞LED，但必須防止意外的電流浪涌。

LED的正向電壓具有1.05 mV /°C的負溫度系數，其變化如圖5所示。

交流電源監控
在某些情況下，可能有必要從120 VRMS，60 Hz或400 Hz的電源驅動LED。由于LED的響應時間為十億分之一秒，因此它將忠實地遵循AC偏移，在輸入的每個零交叉處打開和關閉。如果希望從光耦合器檢測器獲得恒定輸出，如交流至邏輯耦合，則必須對LED的輸入進行整流和濾波。的電路

圖6說明了一種簡單的濾波方案，用于將DC電流傳遞到LED。在某些情況下，可以將濾波器設計到光耦合器的檢測器側，從而允許LED以線頻脈沖。在圖6的電路中，選擇C1的值可將IF的變化減小到檢測器部分可檢測到的電流以下的半個周期以下。這種情況通常意味著檢測器處于飽和狀態，因此不會感測到IF的微小變化。調整R1，R2和R3的值以優化濾波功能，R3C1時間常數等。

邏輯至邏輯接口

在使用光耦合器的邏輯至邏輯耦合中，可以使用簡單的晶體管驅動電路，如圖7所示。在常關狀態下，僅當晶體管處于飽和狀態時，LED才通電。給出了用于計算串聯限流電阻器值的設計方程式。晶體管關閉時，只有很小的集電極泄漏電流將流過LED。

如果可以在光耦合器檢測器中檢測到這種小泄漏，則可以通過添加一個與R1并聯的與LED并聯的電阻來繞過LED繞過泄漏。計算得出的R1值可能很大，以使泄漏電流發展到小于圖5的閾值VF（?0.8伏）。驅動晶體管可以是TTL或DTL集成電路的正常輸出電流吸收器，它將吸收16％的電流。標稱值為0.2 V的mA，飽和電流高達50 mA。

如果邏輯電路無法吸收必要的IF，則可以使用輔助驅動晶體管來提高電流容量。圖8的電路顯示了如何將PNP晶體管作為發射極跟隨器或公共集電極連接以獲得電流增益。當門（G1）的輸出為低電平時，Q1導通，電流流過LED。R1的計算現在必須包括基極-發射極的正向偏置電壓降VBE，如圖所示。

LED電流分流技術

在某些情況下，不希望所有輸入電流都流過LED。實現此目的的一種方法是提供一個如圖9所示的用于閾值調節的旁路電阻。在完全打開和關閉輸入電流的情況下，這種方法是令人滿意的，但是如果電流的信息只是在恒定DC水平上的微小變化，則旁路電阻器還會繞過LED周圍的大部分所需信號。

可以使用兩種方法以很少的衰減來檢索信號。如果信號具有快速變化（例如，電話線上的音頻信號），則可以通過反饋電路消除檢測器中的DC分量。如果變化緩慢，則可以使用動態分流器代替固定電阻器。

如果將恒定電流設備或電路與LED并聯使用，如圖10所示，則DC的調整分量將流過動態阻抗，并且任何電流變化都將導致端子電壓的變化。因此，總電流變化將流過并聯的LED電路。圖18的曲線圖顯示了此特定電路的性能，調整后以IL = 120mA為中心，電路節點電壓為3.4伏。在所示電路中，為方便起見，使用了CNY17-1和CNY17-4的檢測器部分。注意，在圖18中，大多數電流變化以IF的形式出現。分流器的直流電阻（RD）與動態阻抗（Rd）之比為50，它表示通過固定電阻器實現的信號傳輸增益。

編輯：hfy