物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用光耦

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用光耦的原因主要基于光耦的多種優(yōu)越特性和在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。以下是詳細(xì)的分析：

光耦的優(yōu)越特性

1、電氣隔離：

光耦能夠?qū)崿F(xiàn)輸入端與輸出端之間的電氣隔離，有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，防止漏電、短路、打火等問題。這種隔離特性在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中尤為重要，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備往往需要在各種復(fù)雜、多變的環(huán)境中運(yùn)行，電氣隔離能夠保護(hù)設(shè)備免受外界電氣干擾的影響。

2、抗干擾能力強(qiáng)：

光耦的輸入阻抗小，而干擾源的阻抗大，根據(jù)分壓原理，即使干擾電壓的幅度較大，饋送到光耦輸入端的雜訊電壓也會(huì)很小，從而被有效抑制。此外，光耦的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生，提高了信號(hào)的信噪比。

3、高響應(yīng)速度：

光耦的回應(yīng)速度極快，回應(yīng)延遲時(shí)間只有微秒級(jí)，這使得它非常適合于對(duì)響應(yīng)速度要求高的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景中，光耦能夠確保信號(hào)的及時(shí)傳輸和處理。

4、長壽命、無觸點(diǎn)：

光耦沒有機(jī)械觸點(diǎn)，因此具有較長的使用壽命和較高的可靠性。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的，光耦的這一特性有助于降低設(shè)備的維護(hù)成本和故障率。

5、低功耗、小體積：

光耦具有低功耗和小體積的特點(diǎn)，這符合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)高集成度、小型化和低功耗的需求。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備往往需要長時(shí)間運(yùn)行，低功耗特性有助于延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間；同時(shí)，小體積也有助于設(shè)備的小型化和便攜化。

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性：

通過電氣隔離和抗干擾能力，光耦能夠保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的敏感設(shè)備免受外界電氣干擾和噪聲的影響，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2、簡化電路設(shè)計(jì)：

光耦的應(yīng)用可以簡化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的電路設(shè)計(jì)，降低設(shè)計(jì)難度和成本。例如，在需要隔離輸入輸出通道的場(chǎng)景中，使用光耦可以省去復(fù)雜的隔離電路和元件。

3、擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域：

光耦的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域包括開關(guān)電源、電機(jī)控制、傳感器、通信等，這些領(lǐng)域也是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。通過在這些領(lǐng)域中使用光耦，可以進(jìn)一步擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和功能性。

具體硬件場(chǎng)景

用作固體繼電器：

1，具有體積小、耦合緊密、驅(qū)動(dòng)功率小、動(dòng)作速度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

2，在電話安全設(shè)備中的應(yīng)用：能夠防止通過電話進(jìn)行線路被并機(jī)竊用或電話機(jī)被盜用通話。

3，代替音頻變壓器：在線性電路中，音頻變壓器通常用于兩級(jí)放大器之間的耦合。

4，在邏輯電路上的應(yīng)用：光耦可用于形成各種邏輯電路。由于光耦的抗干擾性能和隔離性能優(yōu)于晶體管，所以由光耦構(gòu)成的邏輯電路更為可靠。

5，作為固體開關(guān)應(yīng)用：控制電路與開關(guān)之間具有良好的電氣隔離。

6，在觸發(fā)電路中的應(yīng)用：將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出控制電路，可有效地提高解決實(shí)際輸出與負(fù)載隔離地面的問題。

7，脈沖信號(hào)放大系統(tǒng)電路中的應(yīng)用：以放大數(shù)字脈沖信號(hào)。

8，,在線性電路中的應(yīng)用：線性電路采用線性光耦，線性度高，隔離性能好。,

9，特殊場(chǎng)合的應(yīng)用：光耦合器也可以用于高壓控制，代替變壓器，代替接觸式繼電器，以及A/D電路。

圖3：光耦的主要應(yīng)用領(lǐng)域

其他行業(yè)應(yīng)用

通信領(lǐng)域：在通信設(shè)備中，光耦可以用于信號(hào)隔離、光電轉(zhuǎn)換等功能。例如，在數(shù)字隔離器中，光耦可以隔離數(shù)字信號(hào)和傳輸媒介之間的電氣連接，防止信號(hào)噪聲的傳播。在光通信系統(tǒng)中，光耦可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和再生。

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域：光耦通常用于隔離計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的電氣連接。例如，將光耦應(yīng)用于計(jì)算機(jī)串行端口上，可以隔離計(jì)算機(jī)和串行設(shè)備之間的電氣連接，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和保護(hù)。

醫(yī)療領(lǐng)域：光耦通常被用于隔離醫(yī)療設(shè)備和患者之間的電氣連接。例如，在心臟起搏器中，光耦可以將信號(hào)隔離，從而防止電氣噪聲干擾。

工業(yè)控制：在電力控制回路中，光耦可以將控制信號(hào)和高壓回路之間進(jìn)行隔離，從而防止高壓回路的電氣噪聲對(duì)控制信號(hào)的干擾。在電機(jī)控制回路中，光耦可以將控制信號(hào)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路之間進(jìn)行隔離，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確控制。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用光耦的原因主要在于其優(yōu)越的電氣隔離、抗干擾能力強(qiáng)、高響應(yīng)速度、長壽命、無觸點(diǎn)、低功耗和小體積等特性，以及這些特性在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得光耦成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的重要元件之一。

本文會(huì)再為大家詳解光電器件家族中的一員——光耦。

光耦簡介

光耦合器是在兩個(gè)隔離電路之間傳輸電信號(hào)的電子元件，也就是說將電信號(hào)從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路。（具體的如下圖所示。）光耦合器也稱為光隔離器、光耦合器或光隔離器。

光耦的分類

光耦器件常用的八大分類方式如下：

1，按光路徑：可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續(xù)檢測(cè)器）和內(nèi)光路光電耦合器。

2，按通道數(shù)量分：可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

3，按輸出形式分

（1）光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。

（2）NPN三極管輸出型，其中包括交流、直流輸入型，互補(bǔ)輸出型等。

（3）達(dá)林頓三極管輸出型，其中包括交流、直流輸入型。

（4）邏輯門電路輸出型，其中包括門電路、施密特觸發(fā)、三態(tài)門電路輸出型等。

（5）低導(dǎo)通輸出型（輸出低電平毫伏數(shù)量級(jí)）。

（6）光開關(guān)輸出型（導(dǎo)通電阻小于10Ω）。

（7）功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。

4，按速度分：低速光耦（光敏三極管、光電池等輸出型），速度通常低于100Kbps，高速光電耦合器（光敏二極管帶信號(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型），速率幾百Kbps以上，甚至可達(dá)數(shù)百M(fèi)bps。

5，按傳輸信號(hào)分：可分為數(shù)字型光電耦合器（OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態(tài)門電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源型等）。

6，按隔離特性分：可分為普通隔離光電耦合器（一般光學(xué)膠灌封低于5000V，空封低于2000V）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。

7，按工作電壓分：可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）。

8，按封裝形式分：可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型等。

光耦的基本工作特性

1、共模抑制比很高：在光電耦合器內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對(duì)輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

2、輸出特性：光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當(dāng)IF=0時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)IF>0時(shí)，在一定的IF作用下，所對(duì)應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測(cè)出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。

3、隔離特性

（1）隔離電壓Vio（Isolation Voltage）光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值，最高隔離電壓通?？芍辽锨Х?。

（2）隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值，通常2pF以內(nèi)。

（3）隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）半導(dǎo)體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值，通常大于10^11歐姆。

4、傳輸特性：

（1）電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）：輸出管的工作電壓為規(guī)定值時(shí)，輸出電流和發(fā)光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。

（2）上升時(shí)間Tr （Rise Time）& 下降時(shí)間Tf（Fall Time）：光電耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時(shí)間為脈沖上升時(shí)間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時(shí)間為脈沖下降時(shí)間tf。

5、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。

光耦的選型

在光耦選型時(shí)一般需要考慮如下幾個(gè)參數(shù)：

（1）線性還是非線性：應(yīng)用場(chǎng)景為開關(guān)信號(hào)的可以選擇非線性光耦，需要傳輸模擬量則要選擇線性光耦。

（2）速度：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景要求，選擇低速光耦（光敏三極管，響應(yīng)速度微秒級(jí)）或者高速光耦（光敏二極管，響應(yīng)速度納秒級(jí)）。

（3）隔離電壓：光耦是起隔離作用的元器件，隔離性能就需要通過隔離電壓這個(gè)參數(shù)來體現(xiàn)，隔離電壓的意思是光耦的輸入和輸出之間短時(shí)間所能承受不被擊穿電壓的最大值。

（4）電流傳輸比CTR：這個(gè)參數(shù)指的是輸出電流和輸入電流之間的百分比值，CTR值越大，表明光耦越省電，相對(duì)的也更容易受到干擾，反之亦然。

（5）工作溫度：所有光耦都有一個(gè)溫度范圍，在選型時(shí)可以根據(jù)自己的應(yīng)用場(chǎng)景（商規(guī)/工規(guī)/車規(guī)）和需求來選擇工作溫度參數(shù)。

（6）封裝：根據(jù)電路、PCB結(jié)構(gòu)空間來確定是選擇單通道還是多通道產(chǎn)品，一般光耦常用的封裝有DIP-4、DIP-8、SOP-4、SOP-8等等。

供應(yīng)商A:光寶

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊(cè)

https://so.szlcsc.com/global.html?k=%25E5%2585%2589%25E5%25AE%259D%2520%25E5%2585%2589%25E8%2580%25A6&hot-key=ADA4530-1ARZ-R7

（2）主推型號(hào)1：LTV-217-B-G

以及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

光敏三極管輸出型

*電流傳輸比

（CTR:在I=5mA，VCE=5V時(shí)最小50%）

*輸入和輸出之間的隔離電壓LTV-217系列?。╒iso=3.75 KVrms）

*采用雙轉(zhuǎn)移模技術(shù)

核心料（哪些項(xiàng)目在用）

AP5000E_AM430EV5 RTU項(xiàng)目

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

技術(shù)資料

供應(yīng)商B：江蘇固得沃克微電子科技有限公司

http://www.gk-goodwork.com/

1、產(chǎn)品能力

（1）主推型號(hào)1：PC817C

對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

PC817 系列光合器的組成是: 由一個(gè) GaAs 的發(fā)射管和一個(gè) NPN 的晶體管組成。PC817 的引腳中心距是

2.54mm

特點(diǎn)

電流轉(zhuǎn)換比(CTR: 最小 50% 工作條件 I=5mA,VcE=5V)2.絕緣電壓: (Viso=5,000Vrms)

響應(yīng)時(shí)間 (tr: TYP 6us; tf TYP5us)工作條件 VCE=2V Ic=2mA, RL=100 2))

ESD: HBM8000V&MM2000V

應(yīng)用范圍

開關(guān)電源.

電表

電腦.

器具的應(yīng)用，測(cè)量機(jī).

貯存器，復(fù)印機(jī)。自動(dòng)售貨機(jī).

家用電器、如風(fēng)扇等

信號(hào)傳輸系統(tǒng).

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

技術(shù)資料

3FD5D572B823BA05C967330A07ECF74F

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審核編輯 黃宇