光耦选型指南

一、指南说明

针对光偶选型和实际使用过程中出现因光偶特性变化引起的产品失效问题，提供指导。光耦属于易失效器件，选型和使用过程中要特别的小心。目前发现，因光偶的选型，光偶工作电流，CTR参数选型不合适，工作温度设计不当等原因导致产品出现问题，如何减少选型，设计，替代导致的产品问题，这里做一些指导的介绍，更好的进行器件的选型和设计，提高产品的质量。

二、原理介绍

1. 光耦原理

电耦合器（简称光耦）是以光为媒介传输电信号的一种电 -> 光 -> 电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源（如发光二极体）和受光器（如光敏三极管）组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。光电耦合器分为很多种类，图一所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。

图一常规光电耦内部结构图

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。

2. 光耦作用

作用：在信号传输过程中，光耦能够有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信噪比大为提高，主要有以下几方面的原因：

（1）光耦的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为 105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。

（2）光耦的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

（3）光耦可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

2. 光耦内部结构图及CTR计算方法

晶体管光耦规格定义 CTR：Ice/IF *100% (测试条件：I F =5 ma Vce=5V)

三、光耦主要特性分析

1. 外观尺寸

外观尺寸要根据产品设计的需求进行选择，通用光耦封装图下图所示：

2. CTR随着控制电流IF的变化而变化

如下图所示：IF 在 5-15ma 时 CTR 值最大；在小于 5mA 时，CTR 值一般小于正常额定规格值。

批次一，在常温下测试光耦的CTR

批次二，在常温下测试光耦的CTR

注意：IF不同，CTR 不同，且差异非常大；不同生产批次的光耦也有较大的差异，但是，在 IF=5ma 时，CTR 值都在规格（130-260）范围内。因此在设计，选型的时候，工作电流应接近来料的检测电流值（目前大多 IF=5ma）并且CTR按照规格书里面说明的最小值进行产品设计，否则产品动态性能将很差，容易出现产品质量问题。

3. CTR随温度变化而变化

CTR 值与光偶的工作环境有关，温度高于25℃时，光耦的CTR会逐渐变小，温度低于25℃时，光耦的CTR值会逐渐变大。因此在使用光耦的时候要极其注意CTR和温度的关系图，如下图所示。需要实际评估产品的使用环境问题，CTR降额使用，例如设备的环境温度达到65℃，CTR降低至70%使用。