介绍

就性能和保护而言，光耦合器隔离电源通常是最安全、最实用的方法。以下是当今LED/光电探测器隔离器的基础知识，以及将其应用于系统所需了解的内容。

初级系统设计人员经常将系统的电源要求放在列表的末尾，因此忽略了隔离式与非隔离式 AC/AC、AC/DC、DC/AC 或 DC/DC 转换器的重要性。真正的隔离（输入端的变压器，电源反馈控制环路中的光隔离器）几乎消除了电源输入级与其输出端子/负载之间的任何直接导电路径。这在高功率密度应用中尤其重要，这些应用越来越普遍，而不是例外，以及通常将电源置于爆炸性或其他危险环境中的更苛刻的系统要求。

使用光耦合器还可以断开接地环路，此功能对于消除共模噪声很有价值，特别是对于在较高工作电压下工作的系统。当系统中的不同电源连接在一起时，由于接地电位的微小差异，往往会感应出接地环路电流。此外，在各种电源状态之间切换的设备中，电源往往会看到瞬态噪声（当今的光耦合器能够承受高达40 kV/微秒的瞬态共模电压）。

用于执行这种所谓的电流隔离功能的典型光耦合器（实质上是将本质安全电路连接到存在安全风险的电路）包括LED、光电检测器和电源输出至输入反馈环路中的适当连接电路（图1）。

在一般电路操作中，由电源PWM驱动的光耦合器充当维持电源所需输出电压的链路。当输出电压因线路和/或负载变化而偏离时，电源的误差放大器会尝试进行补偿。它将输入与基准电压进行比较，误差信号因此控制PWM的输出。反过来，PWM 通过光耦合器引导初级侧功率 MOSFET。

美国UL、欧洲CENELEC、加拿大CSA和日本TIIS等监管机构的标准设定了使电路本质安全所需的功率水平。从本质上讲，这些标准设定了“安全”电路与外界之间的电流隔离栅的要求。为获得最佳效果，请按照IEC EN-60747-5-2的建议选择具有额外增强绝缘的光耦合器。加强绝缘确保防触电，并提供故障安全模式。故障安全技术可终止系统操作，并在发生故障时使系统进程和组件处于安全状态。

输入电压电平通常定义绝缘电压额定值，通常范围从某些电信应用的 500 伏到通用线电压能力的 3500 伏。您需要了解的法规以及您应该学习的规范包括 IEC60950、EN55022 和 IEC 61000。IEC 61000特别涵盖了电磁兼容性（EMC），该文件的第4部分（IEC61000-4-4）涵盖了快速瞬态/突发抗扰度测试。

第4.4部分讨论的电气快速瞬变（EFT）测试解决了电感负载开关中模拟的干扰。在该标准中，模块将根据设计环境进行以下测试级别：1 级（保护良好）;2级（受保护）;3级（典型工业环境）;和 4 级（恶劣工业环境），其中电源端口的测试电压峰值分别为 0.5 kV（5 kHz 重复率）、1 kV （5 kHz）、2 kV （5 kHz） 和 4 kV （2.5 kHz）。

替代方案
光耦合器有替代品。这些包括磁性和电容耦合器，它们可能适合您的应用。但请注意权衡取舍。光耦合器具有工作在低至直流的优势，而变压器等磁隔离器通常指定在某些交流带宽下。磁隔离器需要内置的数据刷新功能来检测稳态信号。此外，开关电源瞬变产生的短脉冲高频能量可能是EMI的来源，RFI可能会影响磁隔离器的功能。
在这种情况下，光耦合器通常更鲁棒，因为电磁信号不会干扰光信号，而不是穿过磁耦合器中的磁隔离栅传输的磁信号。光耦合器还具有增强型绝缘认证。

第4.4部分讨论的电气快速瞬变（EFT）测试解决了电感负载开关中模拟的干扰。在该标准中，模块将根据设计环境进行以下测试级别：1 级（保护良好）;2级（受保护）;3级（典型工业环境）;和 4 级（恶劣工业环境），其中电源端口的测试电压峰值分别为 0.5 kV（5 kHz 重复率）、1 kV （5 kHz）、2 kV （5 kHz） 和 4 kV （2.5 kHz）。

替代方案
光耦合器有替代品。这些包括磁性和电容耦合器，它们可能适合您的应用。但请注意权衡取舍。光耦合器具有工作在低至直流的优势，而变压器等磁隔离器通常指定在某些交流带宽下。磁隔离器需要内置的数据刷新功能来检测稳态信号。此外，开关电源瞬变产生的短脉冲高频能量可能是EMI的来源，RFI可能会影响磁隔离器的功能。
在这种情况下，光耦合器通常更鲁棒，因为电磁信号不会干扰光信号，而不是穿过磁耦合器中的磁隔离栅传输的磁信号。光耦合器还具有增强型绝缘认证。