光耦知识解析及光耦工作原理-KIA MOS管
光耦
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。
当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。
光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常用的线性光耦是PC817A—C系列。
开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。
由此产生的后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，会在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力下降。在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。
常用的4脚线性光耦有PC817A----C。PC111 TLP521等常用的六脚线性光耦有：LP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031等。常用的4N25 4N26 4N35 4N36是不适合用于开关电源中的，因为这4种光耦均属于非线性光耦。
光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。[3]它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。
当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。
光耦工作原理
耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
光耦参数知识理解
（一）理解光耦
光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。
以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边输入信号 Vin，施加到原边的发光二极管和 Ri 上产生光耦的输入电流If，If 驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL产生Ic,Ic 经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足 Ic≤If*CTR。
光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦，如果理解？
工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降<0.4V，Vout 约等于 Vcc（Vcc-0.4V左右），Vout大小只受Vcc大小影响。此时Ic
工作在线性状态的光耦，Ic=If*CTR，副边三极管压降的大小等于 Vcc-Ic*R L ，Vout=Ic*RL=(Vin-1.6V)/Ri * CTR*RL ，Vout大小直接与Vin成比例，一般用于反馈环路里面 (1.6V是粗略估计，实际要按器件资料，后续 1.6V 同) 。
对于光耦开关和线性状态可以类比为普通三极管的饱和放大两个状态。
所以通过分析实际的电路，除去隔离因素，用分析三极管的方法来分析光耦是一个很有效的方法。此方法对于后续分析光耦的CTR参数，还有延迟参数都有助于理解。
（二）光耦 CTR
1、光耦能否可靠导通实际计算
举例分析，例如图.1 中的光耦电路，假设Ri=1k,Ro=1k,光耦 CTR=50%，光耦导通时假设二极管压降为1.6V，副边三极管饱和导通压降 Vce=0.4V。输入信号Vi是5V的方波，输出Vcc是3.3V。Vout能得到3.3V的方波吗？
我们来算算：If=(Vi-1.6V)/Ri=3.4mA
副边的电流限制：Ic’≤ CTR*If = 1.7mA
假设副边要饱和导通，那么需要 Ic’= (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA，大于电流通道限制，所以导通时，Ic 会被光耦限制到 1.7mA， Vout = Ro*1.7mA=1.7V，所以副边得到的是1.7V的方波。
为什么得不到3.3V的方波，可以理解为图.1 光耦电路的电流驱动能力小，只能驱动1.7mA的电流，所以光耦会增大副边三极管的导通压降来限制副边的电流到1.7mA。
解决措施：增大 If；增大 CTR；减小 Ic。对应措施为：减小 Ri 阻值；更换大 CTR 光耦；增大 Ro 阻值。
将上述参数稍加优化，假设增大 Ri 到 200 欧姆，其他一切条件都不变，Vout 能得到3.3V的方波吗？
重新计算：If=(Vi–1.6V)/Ri=17mA；副边电流限制 Ic’≤ CTR*If = 8.5mA，远大于副边饱和导通需要的电流(2.9mA)，所以实际 Ic = 2.9mA。所以，更改 Ri 后，Vout 输出 3.3V 的方波。
开关状态的光耦，实际计算时，一般将电路能正常工作需要的最大 Ic 与原边能提供的最小 If 之间 Ic/If 的比值与光耦的 CTR 参数做比较，如果 Ic/If ≤CTR，说明光耦能可靠导通。一般会预留一点余量（建议小于 CTR 的 90%）。
2、CTR 受那些因素影响
1)光耦本身：以8701为例，CTR在Ta=25℃/If=16mA 时，范围是(15%~35%)
说明8701这个型号的光耦，不论何时/何地，任何批次里的一个样品，只要在Ta=25℃/If=16mA 这个条件下，CTR是一个确定的值，都能确定在 15%~35%以内。 计算导通时，要以下限进行计算，并且保证有余量。计算关断时要以上限。
2)壳温影响：
Ta=25℃条件下的 CTR 下限确定了，但往往产品里面温度范围比较大，比如光耦会工作在（-5~75℃）下，此种情况下 CTR 怎么确定？还是看 8701 的手册：有 Ta-CTR 关系图：
从图中看出以25度的为基准，在其他条件不变的情况下，-5度下的CTR是25度下的 0.9 倍左右，75度下最小与25度下的CTR持平。
所以在 16mA/(-5~75℃)条件下，8701的CTR 最小值是 15%*0.9=13.5%
3) 受If影响。
假设如果实际的If是3.4mA，那么如何确定CTR在If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)条件下的最小CTR值。
查看8701的If-CTR曲线。图中给出了三条曲线，代表抽取了三个样品做测试得到的If-CTR曲线，实际只需要一个样品的曲线即可。
（三）光耦延时
上述CTR影响到信号能不能传过去的问题，类似于直流特性。下面主要分析光耦的延时特性，即光耦能传送多快信号。
涉及到两个参数：光耦导通延时tplh和光耦关断延时tphl，以8701为例 ：在If=16mA/Ic=2mA时候，关断延时最大0.8uS，导通延时最大1.2uS。所以用 8701 传递 500k以上的开关信号就需要不能满足。
下图是一个实测的延时波形（ch4原边（红），ch2副边（绿））
对于tp参数的设计更应该考虑余量，因为tp参数也受其他因素影响较多。
1) 受温度影响
8701的Ta-If特征曲线：温度升高，开关延时都会增大。
2) 受原边If大小影响
8701的tp-If特征曲线：If增大，关断延时减小，开通延时增大
3) 受副边Ic大小影响
8701 的 tp-R L 特征曲线：R L 减小，导通延时增大明显
针对具体电路的特点，计算最大延时时也是采用与 CTR 一样的方法，通过器件资料给定特定环境下的准确范围，然后逐一通过三个曲线确定具体电路下的光耦最大延时。
注：同一个型号的光耦 CTR/延时特性是一致的，不同光耦的延时特性不尽相同，所以需要根据所用光耦的用户手册来确定。
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