【技术探讨】光耦的类型与安全标准

时间： 2023-12-01 来源：先进光半导体官网

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很多人可能要问，为什么需要光耦？在光耦中，一次侧（LED侧）和二次侧（受光器件侧）是电绝缘的。因此，即使一次侧和二次侧的电位（甚至GND电位）不同，也可以将一次侧电信号传输到次级侧。由于光耦器件体积小，响应速度快，隔离效果好和具有较强的抗干扰能力，因此它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电器(SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

如图1所示的逆变器应用中，控制单元（如微控制器）通常在低直流电压下工作。另一方面，IPM和IGBT将驱动高电压负载（比如需要200V交流电）。高压系统部件可通过耦合器直接由微控制器控制。　

图1

在光耦中，LED用于光耦的输入。另一方面，有各种器件可用于输出。根据输出的类型不同会有不同的应用区分：　

晶体管输出：光电晶体管是一种探测器，也可使用达林顿类型。　

IC输出：东芝有光电二极管作为受光器件的产品、逻辑等输出产品、用于IGBT和MOSFET栅极驱动的大电流输出产品、以及隔离放大器等高功能　。

可控硅／晶闸管输出：光电晶闸管或光电可控硅用于输出。它们主要用于交流线路的控制。　

光继电器（MOSFET输出）：光伏阵列（光电二极管阵列）驱动MOSFET的栅极来打开／关闭输出。通过这种操作，它可以用作MOSFET输出的继电器开关。

除了输出类型不同之外，按照封装不同光耦也存在很多不同类型的产品。光耦必须具有符合安全标准的封装形状和介电强度。根据安全标准进行参数主要有：

绝缘爬电距离——两个导体之间沿绝缘体表面的最短距离（初级和次级）；　

间隙——通过空气测量的两个导体之间的最短距离；　

绝缘厚度——两个导体之间绝缘体的最小距离；　

隔离电压——两个导体之间的隔离电压，根据UL规定，即使施加1分钟也不会破坏绝缘的交流电压。　

另一方面，由于要求的绝缘性能、封装尺寸和内部芯片尺寸等限制，光耦具有不同类型的内部封装结构：　

单模透射型：框架式LED和框架式光电探测器采用面对面的模压封装。LED与光电探测器之间的透光部件采用硅树脂材料。　

带膜的单模透射型：为了提高隔离电压，可在LED和光电探测器之间插入聚酰亚胺薄膜。　

双模透射型：在这种透射结构中，内模为白色，外模为黑色。红外线透光率高的树脂用于透光部件的白色模具。　

反射型：框架式LED和框架式光电探测器位于同一平面。LED光在硅树脂中反射并到达光电探测器。因此，它被称为反射型。　

光耦的安全标准:　

将光耦安装在电气设备中以保护人体免于触电时，光耦可能需要遵守不同安全标准方面的规定。现行有各种确保安全的法规和标准。从设计和制造的角度来看，安全标准可分为“设定标准”和“零件标准”。设定标准是设计和制造电视机、录像机和电源装置等设备的基础。“整机标准”根据设备类型、隔离方法及其等级、驱动电压等不同而异。此外，绝缘部分必须保持的项目（介电强度（绝缘电压）、爬电距离、间隙等）被指定为“零件标准”。

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第一方案中所采用的隔离运放或者信号隔离+ADC，就国产而言，隔离运放目前暂无合适推荐，信号隔离目前国产的有纳先微，国产ADC推荐世强代理的芯海品牌，推荐芯海24位高精度ADC产品CS1237，相关资料参考：CS1237 24-bit Sigma-Delta ADC 用户手册。第二方案中的VFC芯片目前国产暂时也没有合适推荐，可以评估运放积分+NE555做比较脉冲再信号隔离输出的方案，外围电路较为麻烦，但分立器件目前都有国产化可供选择，运放推荐世强代理的圣邦微，相关选型可以参考：【选型】SGMicro（圣邦微）产品选型指南。

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