https://twcn.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/optocouplers-guide
光耦合器(Optocoupler或Optoisolator)是一種將輸入電路和輸出電路採用光學方式隔離開的電子元件。它利用一個發光二極體(LED)將電信號轉換為光信號，再通過一個受光元件(如光電晶體管或硅光電二極體)將光信號轉換回電信號的方式，實現輸入輸出之間的電隔離。
光耦合器的工作原理
輸入端電路提供一個電流信號驅動發光二極體發出光脈衝。發光二極體和受光器件封裝在一個密封的不透光環境中。發出的光脈衝穿過絕緣介質照射到受光器件上，受光器件根據接收到的光強變化其本身的電性能(電阻、電流或電壓)。輸出端電路就可檢測到這種變化並產生對應的電輸出。整個過程輸入端和輸出端之間沒有直接的電路連接，從而實現了電隔離。
光耦合器的類型與規格
光耦合器按照輸出型式和應用場景可分為多種類型，每種類型又有不同的參數規格。
根據輸出型式分類
發光二極體光耦合器(Optocoupled LED)
輸出端為發光二極體，當輸入端有電流輸入時，輸出端LED就會發光。常用於數字信號隔離傳輸。
晶體管光耦合器(Optocoupled Transistor)
輸出端為晶體管(通常是光電三極管)，根據輸入光強調節輸出電流。可用於模擬/數字信號及較大功率的隔離傳輸。
達靈頓光耦合器(Optocoupled DIAC)
輸出端為雙方向閘極可控矽開關二極管，用於交流電力控制電路的觸發，如調光器、繼電器等。
根據應用場景分類
數位信號傳輸用
高速響應、低傳輸延遲的數位光耦，常用於數據傳輸、遙控、智能電網等領域。
模擬信號傳輸用
線性模式光電耦合器，能準確傳輸模擬信號波形，應用於傳感測量系統。
電力控制用
高耐壓、大規格光耦合三極管或達靈頓，用於開關電源、逆變控制等功率較大的場合。
光耦合器的應用領域
由於光耦合器具有電隔離、抗干擾、防浪湧等優點，它在各種需要電氣隔離的電路中都有廣泛應用。主要應用領域包括:
信號電路隔離
在測量、控制、通訊等系統中，經常需要將高電位側和低電位側電路隔離開，以消除電位差帶來的危險，防止電路串擾。此時可使用光耦合器實現信號隔離傳輸。
電源隔離
開關電源、逆變電源等電力電子電路中，控制電路與功率電路之間必須有絕緣隔離。光耦合器常用於PWM脈控信號或反饋信號的隔離傳輸。
電機控制
在伺服電機、步進電機等運動控制系統中，光耦合器用於隔離微弱的運動控制信號，避免高壓、大電流引起的沖擊或干擾。
通訊與數據傳輸
計算機和工控機通訊接口、串行通訊、網絡數據傳輸中，光耦合器被用作信號電平的轉換及傳輸電路隔離。
醫療電子設備
病人連接醫療設備的電路必須與設備其他電路絕緣，以確保患者電擊安全。光耦合器可實現這種生命攸關的關鍵隔離。
其他應用場景
軍工、航空航天、儀器儀表、汽車電子、雷達系統、高壓/雷電環境等，凡是對電隔離和抗擾性有嚴格要求的領域，都可以使用光耦合器。
光耦合器應用電路設計要點
正確使用光耦合器需要合理的電路設計，充分發揮其隔離和抗干擾性能。以下是一些設計時需要注意的重點:
1.合理選擇電路拓撲
根據應用場景，選擇適合的電路拓撲連接方式，如共射極開集、共射極開源、共基極等。不同拓撲在驅動能力、響應速度、線性度等方面有所差異。
2.優化佈線與接地
輸入端和輸出端的佈線要嚴格分開，避免電感或電容耦合。分別單點接地，防止地線形成電路環路。同時要注意抑制外部電磁場的影響。
3.降低電磁干擾影響
遠離強電磁源、增加屏蔽、採用絞合線纜等措施減小外部雜訊和電磁耦合。合理選擇器件封裝以提高抗干擾性。
4.靈活配置外圍電路
恰當選擇光耦合器外圍的濾波、穩壓、反饋等電路，優化參數配置，提高傳輸效率和抗干擾能力。高速應用時，要注意匹配管腳阻抗。
5.參考廠商應用電路建議
不同廠家會提供一些經過驗證的應用參考設計，可以借鑑和優化這些經驗設計，節省開發時間。
6.進行仿真和實驗優化
如果有條件，可以先用電路仿真軟件進行仿真分析，發現潛在問題;最後要反復進行各種條件下的實驗測試優化。
光耦合器應用電路設計還需要結合具體情況靈活處理，做好保護、隔離、抗擾度、線性度等各方面的權衡。只有經過合理周全的設計，才能最大限度發揮光耦合器的優勢。
常見問題
光耦合器和普通電路隔離變壓器相比有何優缺點?
光耦合器體積小、重量輕、無需工頻變換、無電感噪聲等優點，但帶寬有限、存在傳輸延遲、溫老化影響較大等缺點。
哪些情況下必須使用光耦合器?
當電路間存在較大電位差、需要防浪湧電擊、對信號抗擾性有嚴格要求時，使用光耦合器是必須的。
光耦合器的電流傳輸比是多少合適?
通常1-5倍左右的電流傳輸比較合適，太高會存在飽和歪曲，太低則影響靈敏度。
光耦合器主要廠商
Broadcom
ISOCOM
On Semi
Vishay
AVAGO
Fairchild
Toshiba
Sharp
Renesa
Liteon
Everlight
Cosmo
捷捷微
Panasonic
Skyworks
Shenzhen Kento
Senba Sensing
Standex
onsemi, Toshiba, Broadcom, LITEON Technology, Everlight Electronics, Renesas Electronics, Sharp Electronics Corporation USA, Panasonic, Vishay Intertechnology, Inc., ISOCOM Limited, Xiamen Hualian Electronics Company Limited, IXYS Corporation, Qunxin Microelectronics, Xiangtan Kuangtong Electric Equipment Manufacturing Co., Ltd. , Cosmo Electronics Inc. , Orient Electric , Fujian Lightning Optoelectronic, Changzhou Galaxy Century Micro-electronics, China Resources Microelectronics Limited , Foshan Nationstar Optoelectronics Co., Ltd. , Shenzhen Refond Optoelectronics Co., Ltd. , Suzhou KingLight Optoelectronics Co.,Ltd. , Jiangsu Hoivway Optoelectronic Technology
