1 引言　

光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種由發光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實現電→光→電信號的轉換，并且輸入信號與輸出信號隔離。目前絕大多數的光耦輸入采用砷化鎵紅外發光二極管，輸出采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發可控硅。因為峰值波長900～940 nm的砷化鎵紅外發光二極管能與硅光電器件的響應峰值波長相吻合，可獲得較高的信號傳輸效率?！　?br />
并行接口又簡稱為“并口”，是一種增強了的雙向并行傳輸接口。所謂“并口”，是指8位數據同時通過并行線傳送，數據傳送速度大大提高，但并行傳送的線路長度受到限制。所謂“長線”是相對于數據的傳輸速度而言。例如，數據傳輸速率為9 600 b／s時，20 m的電纜即可認為是長線。傳輸線長度增加，干擾就會增加，容易出錯，使信號無法遠距離傳輸。對傳輸線進行“隔離”和“浮地”處理，是解決上述問題的較好方法。采用光電隔離電路，可去掉數據交換的兩設備之間的公共地線，使兩設備電氣隔離翻。同時，在電→光→電信號的轉換中，就光電耦合器件而言，只要其輸入端有一定的電流，其輸出端就能輸出相應的數字信號。因此，邏輯電平的信號傳遞變成了固定的電流環中電流有否的狀態傳遞。適當增大電流(低阻傳輸)，使夾雜在信號中的電氣噪聲被完全限制在所選擇的開關電流幅度內，即相對弱小的干擾信號電流無法改變有用信號電流的有無狀態，就可有效地抑制干擾，提高信息傳輸的可靠性。并增加數據的傳輸距離。光耦合器一般由光的發射、光的接收及信號放大組成。輸入的電信號驅動發光二極管(LED)，使之發出一定波長的光。被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。就完成了電一光一電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸人端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線信息傳輸中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可大大增加計算機工作的可靠性?！　?br />
2 光電耦合器的性能特點　　

光耦合器的主要優點是單向傳輸信號，輸人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。在開關電源中，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?！?br />
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、集電極一發射極反向擊穿電壓V(BR)CEO、集電極一發射極飽和壓降VCE(sat)，此外，在傳輸數字信號時還需考慮上升時間、下降時問、延遲時間和存儲時間等參數。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數，通常用直流電流傳輸比表示。當輸出電壓保持恒定時，其等于直流輸出電流IC與直流輸入電流，IF的百分比：CTR=IC／IF×100％?！?br />
采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍為20％～300％(如4N35)，而PC817為80％～160％，達林頓型光耦合器(如430)可達100％～5000％。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。　　

3 光電耦合器的選取原則　

在設計光耦光電隔離電路時必須正確選擇光耦合器的型號及參數，選取原則如下：　

(1)由于光電耦合器為信號單向傳輸器件，而電路中數據的傳輸是雙向的，電路板的尺寸要求一定，結合電路設計的實際要求，就要選擇單芯片集成多路光耦的器件；

(2)光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是不小于500％。因為當CTR<500％時，光耦中的LED就需要較大的工作電流(>5.0 mA)，才能保證信號在長線傳輸中不發生錯誤，這會增大光耦的功耗；　　

(3)光電耦合器的傳輸速度也是選取光耦必須遵循的原則之一，光耦開關速度過慢，無法對輸入電平做出正確反應，會影響電路的正常工作?！?br />
(4)推薦采用線性光耦。其特點是CTR值能夠在一定范圍內做線性調整。設計中由于電路輸入輸出均是一種高低電平信號，故此，電路工作在非線性狀態。而在線性應用中，因為信號不失真的傳輸，所以，應根據動態工作的要求，設置合適的靜態工作點，使電路工作在線性狀態。

通常情況下，單芯片集成多路光耦的器件速度都比較慢，而速度快的器件大多都是單路的，大量的隔離器件需要占用很大布板面積，也使得設計的成本大大增加。在設計中，受電路板尺寸、傳輸速度、設計成本等因素限制，無法選用速度上非常占優勢的單路光耦器件，在此選用TOSHIBA公司的TLP521-4。　

4 TLP521-4簡介　　

光電隔離模塊TLP521-4(GB)是一款具有完整基極一發射極的性能優良的固定延時光電耦合器，它具有最優轉換速度、高溫性能等特點。該器件主要特性：電流轉換率為100％～500％；隔離電壓為2 500 Vrms(min)；發射一接收電壓為55 V(min)；泄漏電流為lOμA(max)(Ta=85℃)；最小轉換時間為42μs。
 

TLP52l-4(GB)的典型電路如圖1所示，具體的轉換時間參數見表1。由表1可知，TLP521_4(GB)最大傳輸延遲時間為42μs，系統需要在1 ms內完成8個字節的讀或寫，最大傳輸延遲時間已滿足電路傳輸延遲時間的水平，因而在傳輸速度上完全能夠滿足長線傳輸的要求。通過對其輸入端的控制，可使光耦按工作需要打開或關閉。當在輸入控制端加高電平時，光耦正常工作。將輸入端信號耦合到輸出端，而當在輸入控制端加低電平時，其輸出端集電極開路三極管截止，對外呈高阻態。

5 電路設計