光耦电路设计
目录
简介： (2)
输入电路（原边） (2)
输出电路（副边） (6)
电流传输比： (7)
延时： (9)
简介：
外部信号可能是电压、电流或开关触点，直接接入电路可能会引起瞬时高压、过压、接触点抖动等。

因此在外部信号输入之前，须经过转换、保护、滤波、隔离等措施。

对小功率信号处理时: 通常简单采用RC积分滤波或再添加门电路；而在对大功率信号处理时：输入与内部电路电压或电源电压的压差较大，常常采用光电耦合器来隔离。

使用光耦设计隔离电路时，特别要注意电流传输比的降额，驱动电流关断和开通的大小，与延迟相关的负载大小及开关速率。

在进行光耦输入电路设计时，是以光耦为中心的输入电路与输出电路（即原边与副边的电路），光耦的工作原理就是输入端输入信号V in，光耦原边二极管发光使得光耦副边的光敏三极管导通，三极管导通形成回路产生相应信号（电压或者电流），这样就实现传递信号的目的。

在进行光耦输出电路设计时，计算公式与输入部分相同，同时需关注电平匹配、阻抗匹配、驱动功率、负载类型和大小。

以下针对光耦输入电路设计为例。

输入电路（原边）：
针对于光耦原边的电路设计，如图1 ，
就是设计发光二级管的驱动电路。

因此须
首先要了解光耦的原边电流I
F 和二极管的导通压降V
F
等相关信息。

根据必要的
信息来设计LED驱动电路，和通常的数字输入电路一样，输入端需要添加限流电阻对二极管起保护作用。

而这个电阻的阻值则是此处的关键，对于图1的限流电阻R的阻值可以根据下面的公式计算：
………………………①
基于对抗干扰能力的考虑，通常在靠近光耦的原边并联接入一个电容进行滤波。

并且RC电路的延迟特性也可以达到测试边沿，产生硬件死区、消除抖动等
图1 LED驱动电路
益处。

同时在数字电路中其延迟特性可能会影响到信号的同步问题（尤其是通讯、异步电路、使能控制等），因此要充分注意电路的时间约束。

根据设计要求，为了确保输入端和公共端的电压差Vin在4V以下时，输入无效，光耦断开。

为此我们在输入端与公共端之间并接一个电阻避免输入无效时造成光耦原边的误导通。

此并联电阻的采用使得光耦原边二极管两端的电压受限，当输入电压V
in
值
较小时，并联电阻上的电流小于“二极管导通电压V
F
与并联电阻R的比值”，则光耦的原边电压被电阻钳位，由该并联电阻两端的电压决定；而当输入端与公
共端的电压V
in 足够大时，并联电阻上的电流大于“二极管导通电压V
F
与并联电
阻R的比值”，该并联电阻两端的电压被光耦原边电压钳位，就保持为二极管的导通电压。

故光耦输入电路通常如图2包含限流电阻R in 、并联电阻R 1、滤波电容C 1、光耦原边二极管等组成。

但有时会应用二极管的单向导电性，以求得到单边的快速响应特性；若双向都放置二极管则可以提高瞬态响应。

输入电路中元器件相关参数可以通过下面的公式计算得出：
in F in R V V -—1
R V F = I F …………………………②
1
***21
C R f in π=
…………………………③ f :RC 滤波的截止频率
参数确定中至关重要的是限流电阻R in 的值，而限流电阻R in 的大小又关系到光耦原边二极管的导通电流I F 、V F 和并联电阻R 1；这些参数的确定跟光耦的技术参数是息息相关，以PS8701为例：
由上表，取光耦原边二极管导通压降的典型值1.7V 为V F ；
从上图得，当V F =1.7V 、T a =（-5℃~75℃）时，I F 约在3mA~ 8mA 范围内（I F
较大时对CTR影响较大）；
I
F
在1mA—8mA范围内，CTR相对较高。

在采用数字光耦隔离输入，当输入信号的电压在4.0V以下时，判断为断开状态(OFF)；当输入信号电压大于18.0V时，判断为闭合状态（ON），在4.0V—18.0V之间其信号状态为不确定。

则可以根据①式大概推算出限流电阻R
in 范围为1.9K~5.3K（V
F
取2.2V）。

初略取一个值R
in
=3.3K，这些参数一般在设计电路时，以已有电路的元器件参数为基础再通过计算调整至相关技术参数满足最新设计要求。

通常这些参数的变动范围是比较大并且在确定参数时是要考虑一定的余量。