光電隔離技術(shù)詳解

　　圖六 光電耦合器接線(xiàn)原理

　　對于線(xiàn)性類(lèi)比電路通道，要求光電耦合器必須具有能夠進(jìn)行線(xiàn)性變換和傳輸的特性，或選擇對管，采用互補電路以提高線(xiàn)性度，或用V／F變換后再用數位光耦進(jìn)行隔離。

　　功率驅動(dòng)電路中的光電隔離

　　在微機控制系統中，大量應用的是開(kāi)關(guān)量的控制，這些開(kāi)關(guān)量一般經(jīng)過(guò)微機的I／O輸出，而I／O的驅動(dòng)能力有限，一般不足以驅動(dòng)一些點(diǎn)磁執行器件，需加接驅動(dòng)介面電路，為避免微機受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機直接相連，可應用光耦合器將微機控制信號與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。電路實(shí)例如圖7所示。

　　圖七 雙向可控硅（晶閘管）

　　在馬達控制電路中，也可采用光耦來(lái)把控制電路和馬達高壓電路隔離開(kāi)。馬達靠MOSFET或IGBT功率管提供驅動(dòng)電流，功率管的開(kāi)關(guān)控制信號和大功率管之間需隔離放大級。在光耦隔離級—放大器級—大功率管的連接形式中，要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑制。

遠距離的隔離傳送

　　在電腦應用系統中，由于測控系統與被測和被控設備之間不可避免地要進(jìn)行長(cháng)線(xiàn)傳輸，信號在傳輸過(guò)程中很易受到干擾，導致傳輸信號發(fā)生畸變或失真；另外，在通過(guò)較長(cháng)電纜連接的相距較遠的設備之間，常因設備間的地線(xiàn)電位差，導致地環(huán)路電流，對電路形成差模干擾電壓。為確保長(cháng)線(xiàn)傳輸的可靠性，可采用光電耦合隔離措施，將2個(gè)電路的電氣連接隔開(kāi)，切斷可能形成的環(huán)路，使他們相互獨立，提高電路系統的抗干擾性能。若傳輸線(xiàn)較長(cháng)，現場(chǎng)干擾嚴重，可通過(guò)兩級光電耦合器將長(cháng)線(xiàn)完全“浮置”起來(lái)，如圖8所示。

　　圖八 傳輸長(cháng)線(xiàn)的光耦浮置處理

　　長(cháng)線(xiàn)的“浮置”去掉了長(cháng)線(xiàn)兩端間的公共地線(xiàn)，不但有效消除了各電路的電流經(jīng)公共地線(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生雜訊電壓形成相互竄擾，而且也有效地解決了長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題；同時(shí)，受控設備短路時(shí)，還能保護系統不受損害。

　　過(guò)零檢測電路中的光電隔離

　　零交叉，即過(guò)零檢測，指交流電壓過(guò)零點(diǎn)被自動(dòng)檢測進(jìn)而產(chǎn)生驅動(dòng)信號，使電子開(kāi)關(guān)在此時(shí)刻開(kāi)始開(kāi)通?，F代的零交叉技術(shù)已與光電耦合技術(shù)相結合。圖9為一種單片機數控交流調壓器中可使用的過(guò)零檢測電路。

　　圖九 過(guò)零檢測

　　220V交流電壓經(jīng)電阻R1限流后直接加到2個(gè)反向并聯(lián)的光電耦合器GD1，GD2的輸入端。在交流電源的正負半周，GD1和GD2分別導通，U0輸出低電平，在交流電源正弦波過(guò)零的瞬間，GD1和GD2均不導通，U0輸出高電平。該脈沖信號經(jīng)反閘整形后作為單片機的中斷請求信號和可控矽的過(guò)零同步信號。

　　注意事項

　?。?）在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨立的電源，若兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。

　?。?）當用光電耦合器來(lái)隔離輸入輸出通道時(shí)，必須對所有的信號（包括數位量信號、控制量信號、狀態(tài)信號）全部隔離，使得被隔離的兩邊沒(méi)有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離是沒(méi)有意義的。