光耦,全称光耦合器(Optocoupler)或光隔离器(Opto-isolator),是一种通过光信号实现电信号传输的半导体器件｡其核心功能是实现输入与输出电路的电气隔离,同时完成信号的传递,广泛应用于工业控制､通信设备､医疗设备等领域｡
一､定义与核心功能
光耦由光发射二极管(LED)和光敏三极管(或光敏可控硅､光敏集成电路等)组成,封装在一个不透光的壳体内｡当输入端施加电信号时,LED发光,光敏器件接收光信号并转换为电信号输出,从而实现输入与输出电路的电气隔离｡这种隔离能够有效防止高压､噪声､地线环流等干扰信号在电路间的传递,保护低电压电路免受损害｡
二､分类与应用场景
晶体管输出型光耦:输出端为光敏三极管,适用于开关量信号传输,如PLC输入/输出模块､家电控制板等｡
可控硅输出型光耦:输出端为双向可控硅,可直接驱动交流负载,如电机调速､照明控制等｡
IGBT输出型光耦:结合光耦与IGBT(绝缘栅双极型晶体管),适用于高压大电流驱动,如逆变器､电动汽车充电桩等｡
高速光耦:响应时间小于1微秒,用于数字信号传输,如通信接口､高速AD/DA转换等｡
三､关键参数与技术指标
输入电流(IF):使LED正常发光所需的电流,典型值为5-20mA｡
输出电流(IC):光敏三极管能输出的最大电流,决定负载驱动能力｡
隔离电压(VISO):输入与输出端能承受的最大电压,工业级光耦可达5000Vrms以上｡
响应时间(tPHL/tPLH):光信号从输入到输出的延迟时间,高速光耦可低至50ns｡
电流传输比(CTR):输出电流与输入电流的比值,反映信号放大能力,典型范围为50%-600%｡
工作温度范围:工业级光耦支持-40℃至125℃,满足恶劣环境需求｡
四､工作原理与技术实现
光耦的工作原理基于光电效应:
信号输入:输入端施加电压,LED发光,光强与输入电流成正比｡
光信号传输:光通过透明介质(如空气或透明树脂)传递至光敏器件｡
电信号输出:光敏三极管接收光信号后导通,输出电流与光强成正比,完成电-光-电转换｡
五､发展趋势与挑战
高速化:随着5G､数据中心的发展,光耦响应时间需缩短至纳秒级｡
小型化:采用SOP､QFN等封装,尺寸缩小至3mm×2mm以下,适应便携设备需求｡
集成化:将光耦与驱动电路､保护电路集成,形成模块化解决方案｡
高可靠性:通过AEC-Q101车规认证,满足汽车电子､航空航天等高可靠性要求｡
光耦作为电子系统的“安全卫士”,通过光电隔离技术实现了信号的安全传输与电路保护｡随着技术的不断进步,光耦将在高速通信､新能源､智能制造等领域发挥更加重要的作用｡
