光電耦合器在數字開關電源中的應用

隨著開關電源技術和綠色電源的飛速發展，APFC技術成為當前研究的熱點，電子式開關電源技術已經成熟，而且有相當多的控制方式。目前人們正在進行數字式開關電源的研究與開發，已經有數字式帶功率因數校正的開關電源產品上市。對于數字式開關電源，隔離技術和抗干擾技術是至關重要的，隨著電子元器件的迅速發展，光電耦合器的線性度越來越高，光電耦合器是目前在單片機和開關電源中用得最多隔離抗干擾器件。光耦合器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，受光器接受光線之后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現了“電—光—電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優點，在數字電路上獲得廣泛的應用。通常的光電耦合器由于它的非線性，因此在模擬電路中的應用只限于對較高頻率的小信號的隔離傳送。普通光耦合器只能傳輸數字（開關）信號，不適合傳輸模擬信號。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領域大為拓寬。

光耦合器的性能特點

光耦合器的主要優點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。它廣泛用于電平轉換、信號隔離、級間隔離、開關電路、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導體二極管發光；由于光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響；光電耦合器的隔離電阻很大（約1012Ω）、隔離電容很小（約幾個pF）所以能阻止電路性耦合產生的電磁干擾。線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會成比例地產生一個用于進一步控制下一級的電路的電壓。線性光電耦合器由發光二極管和光敏三極管組成，當發光二極管接通而發光，光敏三級管導通，光電耦合器是電流驅動型，需要足夠大的電流才能使發光二極管導通，如果輸入信號太小，發光二極管不會導通，其輸出信號將失真。在開關電源，尤其是數字開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調節控制端電流來改變占空比，達到精密穩壓目的。

光耦合器的技術參數主要有發光二極管正向壓降VF、正向電流IF、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極-發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極-發射極飽和壓降VCE(sat)。此外，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間和存儲時間等參數。

電流傳輸比是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比來表示。當輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。其公式為：