光耦继电器的输入输出特性！-先进光半导体

1、光电耦合器的概念！

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器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，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

2、内部结构

如下图1为某款常见SOP-4封装光电耦合器的原理、封装、3D示意图。

左上角小圆点对应的为1引脚，逆时针依次为引脚1、2、3、4。

图1光电耦合器的原理、封装、3D示意图

下图2是SOP-4封装光耦的内部示意图，左侧是发光二极管构成的信号输入部分，一般会是红外线的发光二极管。中间部分是封闭式的光通道（也称为电介质通道）。右侧主要为信号接收输出部分，一般为光敏电阻、光电二极管、光晶体管、可控硅整流器或双向晶闸管。

图2SOP-4封装内部结构示意图

下图3为SOP-4封装光耦对应的切面图，其内部将发光元件与光敏元件封装在一个黑色不透光的壳体内，黑色不透光封装起来的必要性是为了防止感光元件受到外部光线的干扰。

图3SOP-4内部切面图

3、基本工作原理

光电耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。

输入的电信号驱动光发射源，使之发光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输资讯中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在电脑数位通信及即时控制中作为信号隔离的界面器件，可以大大增加其工作之可靠性。

4、主要特点

输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10000MΩ，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上

由于光接收器只能接受光源的信息，反之不能，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端

由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音

容易和逻辑电路配合

响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在毫秒甚至微秒级

无触点、寿命长、体积小、耐冲击。

6、关键电气参数

a、输入特性

光耦合器的输入特性实际也就是其内部发光二极管的特性。常见的参数有：

正向工作电压Vf（ForwardVoltage）

Vf是指在给定的工作电流下，LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压，当然不同的LED，测试条件和测试结果也会不一样。

反向电压Vr（ReverseVoltage）

Vr指LED所能承受的最大反向电压，超过此反向电压，可能会损坏LED。在使用交流脉冲驱动LED时，要特别注意不要超过反向电压。

反向电流Ir（ReverseCurrent）

通常指在最大反向电压情况下，流过LED的反向电流。

允许功耗Pd（MaximumPowerDissipation）

LED所能承受的最大功耗值。超过此功耗，可能会损坏LED。

中心波长λp（PeakWaveLength）

λp指LED所发出光的中心波长值。波长直接决定光的颜色，对于双色或多色LED，会有几个不同的中心波长值。

正向工作电流If（ForwardCurrent）

If是指LED正常发光时所流过的正向电流值。不同的LED，其允许流过的最大电流也会不一样。

正向脉冲工作电流Ifp（PeakForwardCurrent）

Ifp是指流过LED的正向脉冲电流值。为保证寿命，通常会采用脉冲形式来驱动LED，通常LED规格书中给的Ifp是以0.1ms脉冲宽度,占空比为1/10的脉冲电流来计算的。

b、输出特性

光耦合器的输出特性实际也就是其内部光敏三极管的特性，与普通的三极管类似。常见的参数有：

集电极电流Ic（CollectorCurrent）

光敏三极管集电极所流过的电流，通常表示其最大值。

集电极-发射极电压Vceo（C-EVoltage）

集电极-发射极所能承受的电压。

发射极-集电极电压Veco（E-CVoltage）

发射极-集电极所能承受的电压

反向截止电流Iceo

C-E饱和电压Vce(sat)（C-ESaturationVoltage）

c、传输特性：

电流传输比CTR（CurrentTransferRadio）

上升时间Tr（RiseTime）&下降时间Tf（FallTime）

其它参数诸如工作温度、耗散功率等不再一一敷述。

d、隔离特性

入出间隔离电压Vio（IsolationVoltage）

光耦合器输入端和输出端之间绝缘耐压值。

入出间隔离电容Cio（IsolationCapacitance）：

光耦合器件输入端和输出端之间的电容值

入出间隔离电阻Rio：（IsolationResistance）

7、典型应用

光耦的应用场景有很多，这部分只挑选其中的一些来做说明。

电平转换

光耦经常用在电平转换电路中，通常我们的单片机系统是3.3V或者5V电压供电，当需要控制其他不同的电平电路时，可以用光耦实现。如下图5，当5V单片机系统输出高低电平时，分别控制右半部分12V电路的导通与关断。

电气隔离

光耦常用于开关电源的强电与弱电的电气隔离中。

如下图6所示的关电源电路，开关电源220V电输入，经整流桥和电容滤波后，得到300V左右的高压直流电，高压直流电经过电源管理芯片智能调节占空比加到变压器初级线圈，这样在变压器次级线圈上得到较低电压的交流电，经过整流滤波后得到所需的直流电。

那么低压区的反馈信号如何才能安全的传递到高压区的电源管理芯片呢？这里就用到了光耦。如图7光耦先把低压区的电压高低转化为光信号，光信号投射到光耦高压端的光敏三极管上，光敏三极管再把光信号转化为电信号，进而传递给电源管理芯片。当输出电压上升时，光耦内发光二极管电流增大，亮度升高，光耦的另一端通过三极管的电流也相应增大；当输出电压下降时，光耦内发光二极管电流减小，亮度降低，光耦的另一端通过三极管的电流也相应减小。开关电源中一般要求光耦两端的电流成比例的线性变化，从而为电源管理芯片提供精确的反馈信号。

光电耦合器与光耦合MOSFET光耦继电器的区别由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

最全电气字母符号，聪明的电气人都收藏了

流电：

DC 直流电

FU 熔断器

G 发电机

M 电动机

HG 绿灯

HR 红灯

HW 白灯

HP 光字牌

K 继电器

KA(NZ) 电流继电器(负序零序)

KD 差动继电器

KF 闪光继电器

KH 热继电器

KM 中间继电器

KOF 出口中间继电器

KS 信号继电器

KT 时间继电器

KV(NZ) 电压继电器(负序零序)

KP 极化继电器

KR 干簧继电器

KI 阻抗继电器

KW(NZ) 功率方向继电器(负序零序)

KM 接触器

KA 瞬时继电器 ；瞬时有或无继电器；交流继电器

KV 电压继电器

L 线路

QF 断路器

QS 隔离开关

T 变压器

TA 电流互感器

TV 电压互感器

W 直流母线

YC 合闸线圈

YT 跳闸线圈

PQS 有功无功视在功率

EUI 电动势电压电流

SE 实验按钮

SR 复归按钮

f 频率

Q——电路的开关器件

FU——熔断器

FR——热继电器

KM——接触器

KA——1、瞬时接触继电器 2、瞬时 有或无继电器 3、交流继电器

KT——延时 有或无继电器

SB——按钮开关

Q——电路的开关器件

FU——熔断器

KM——接触器

KA——1、瞬时接触继电器 2、瞬时 有或无继电器 3、交流继电器

KT——延时 有或无继电器

SB——按钮开关

Q——电路的开关器件

FU——熔断器

KM——接触器

KA——1、瞬时接触继电器 2、瞬时 有或无继电器 3、交流继电器

KT——延时 有或无继电器

SB——按钮开关

SA 转换开关

电流表 PA

电压表 PV

有功电度表 PJ

无功电度表 PJR

频率表 PF

相位表 PPA

最大需量表(负荷监控仪) PM

功率因数表 PPF

有功功率表 PW

无功功率表 PR

无功电流表 PAR

声信号 HA

光信号 HS

指示灯 HL

红色灯 HR

绿色灯 HG

黄色灯 HY

蓝色灯 HB

白色灯 HW

连接片 XB

插头 XP

插座 XS

端子板 XT

电线电缆母线 W

直流母线 WB

插接式(馈电)母线 WIB

电力分支线 WP

照明分支线 WL

应急照明分支线 WE

电力干线 WPM

照明干线 WLM

应急照明干线 WEM

滑触线 WT

合闸小母线 WCL

控制小母线 WC

信号小母线 WS

闪光小母线 WF

事故音响小母线 WFS

预报音响小母线 WPS

电压小母线 WV

事故照明小母线 WELM

避雷器 F

熔断器 FU

快速熔断器 FTF

跌落式熔断器 FF

限压保护器件 FV

电容器 C

电力电容器 CE

正转按钮 SBF

反转按钮 SBR

停止按钮 SBS

紧急按钮 SBE

试验按钮 SBT

复位按钮 SR

限位开关 SQ

接近开关 SQP

手动控制开关 SH

时间控制开关 SK

液位控制开关 SL

湿度控制开关 SM

压力控制开关 SP

速度控制开关 SS

温度控制开关辅助开关 ST

电压表切换开关 SV

电流表切换开关 SA

整流器 U

可控硅整流器 UR

控制电路有电源的整流器 VC

变频器 UF

变流器 UC

逆变器 UI

电动机 M

异步电动机 MA

同步电动机 MS

直流电动机 MD

绕线转子感应电动机 MW

鼠笼型电动机 MC

电动阀 YM

电磁阀 YV

防火阀 YF

排烟阀 YS

电磁锁 YL

跳闸线圈 YT

合闸线圈 YC

气动执行器 YPAYA

电动执行器 YE

发热器件(电加热) FH

照明灯(发光器件) EL

空气调节器 EV

电加热器加热元件 EE

感应线圈电抗器 L

励磁线圈 LF

消弧线圈 LA

滤波电容器 LL

电阻器变阻器 R

电位器 RP

热敏电阻 RT

光敏电阻 RL

压敏电阻 RPS

接地电阻 RG

放电电阻 RD

启动变阻器 RS

频敏变阻器 RF

限流电阻器 RC

光电池热电传感器 B

压力变换器 BP

温度变换器 BT

速度变换器 BV

时间测量传感器 BT1BK

液位测量传感器 BL

温度测量传感器 BHBM

导线：

L：火线（红色导线）　　

N：零线（蓝色导线）　　

PE：地线（黄绿双色导线）　　

很多220V的电气或用电器都会标注L和N，这两个点就是电源的接点，另外开关和插座上也会有标注。

开关电源：

交流（AC）

直流（DC）

这两个符号对应常见的两种电源，用电器接线时一定要注意区分是接交流电还是直流电，另外万用表测量电压和电流时，也要注意区分交流和直流。

时间继电器

中间继电器：

常开：NO　　

常闭：NC

很多电气元件上都有这两个标注，NO对应常开触点，NC对应常闭触点。比如：中间继电器、交流接触器、时间继电器、接近开关、光电开关以及变频器和PLC等，电气自动化控制电路其实就是若干个NO和NC组成的混合电路。

交流接触器：

隔离开关：QS

断路器：QF

两种常见的通断开关，起到分配电能，控制线路通断的作用。隔离开关只有隔离作用，而断路器对线路和用电器有保护作用。　　

熔断器：FU　　

热过载继电器：FR　　

两种常见的过载保护电气元件，熔断器就是我们常说的保险丝，而热过载继电器是防止电机过载的常用电气。

电动机：M　　

发电机：G　　

这是两大类，一个属于供电设备，一个属于常见负载。　　

按钮开关：SB　　

转换开关：SA　　

两类常见的控制开关，包含多种样式。　　

正转：FWD　　

反转：REV　　

这两个符号常用来表示电动机转动的方向，一个对应正转，一个对应反转。

隔离开关：QS

断路器：QF

两种常见的通断开关，起到分配电能，控制线路通断的作用。隔离开关只有隔离作用，而断路器对线路和用电器有保护作用。　　

熔断器：FU　　

热过载继电器：FR　　

两种常见的过载保护电气元件，熔断器就是我们常说的保险丝，而热过载继电器是防止电机过载的常用电气。

电动机：M　　

发电机：G　　

这是两大类，一个属于供电设备，一个属于常见负载。　　

按钮开关：SB　　

转换开关：SA　　

两类常见的控制开关，包含多种样式。　　

正转：FWD　　

反转：REV　　

这两个符号常用来表示电动机转动的方向，一个对应正转，一个对应反转。

变频器上的FWD和REV：

正极：VCC　　

负极：GND

▲ 电子线路板

总结：认识了常见的电气符号，对我们看电路图和实物接线都有很大的帮助。

电工必备基础知识：

1、左零右火。

2、三相五线制用颜色黄、绿、红、淡蓝色分别表示U、V、W、N 保护接地线双颜色（PE）。

3、变压器在运行中，变压器各相电流不应超过额定电流；最大不平衡电流不得超过额定电流的25%。变压器投入运行后应定期进行检修。

4、同一台变压器供电的系统中，不宜保护接地和保护接零混用。

5、电压互感器二次线圈的额定电压一般为100V。

6、电压互感器的二次侧在工作时不得短路。因短路时将产生很大的短路电流，有可能烧坏互感器，为此电压互感器的一次，二次侧都装设熔断器进行保护。

7、电压互感器的二次侧有一端必须接地。这是为了防止一，二次线圈绝缘击穿时，一次高压窜入二次侧，危及人身及设备的安全。

8、电流互感器在工作时二次侧接近于短路状况。二次线圈的额定电流一般为5A9、电流互感器的二次侧在工作时决不允许开路。

10、电流互感器的二次侧有一端必须接地，防止其一、二次线圈绝缘击穿时，一次侧高压窜入二次侧。

11、电流互感器在联接时，要注意其一、二次线圈的极性，我国互感器采用减极性的标号法。

12、安装时一定要注意接线正确可靠，并且二次侧不允许接熔断器或开关。即使因为某种原因要拆除二次侧的仪表或其他装置时，也必须先将二次侧短路，然后再进行拆除。

13、低压开关是指1KV以下的隔离开关、断路器、熔断器等等。

14、低压配电装置所控制的负荷，必须分路清楚，严禁一闸多控和混淆。

15、低压配电装置与自备发电机设备的联锁装置应动作可靠。严禁自备发电设备与电网私自并联运行。

16、低压配电装置前后左右操作维护的通道上应铺设绝缘垫，同时严禁在通道上堆放其他物品。

17、接设备时：先接设备，后接电源。

18、拆设备时：先拆电源，后拆设备。

19、接线路时：先接零线，后接火线。

20、拆线路时：先拆火线，后拆零线。

21、低压熔断器不能作为电动机的过负荷保护。

22、熔断器的额定电压必须大于等于配电线路的工作电压。

23、熔断器的额定电流必须大于等于熔体的额定电流。

24、熔断器的分断能力必须大于配电线路可能出现的最大短路电流。

25、熔体额定电流的选用，必须满足线路正常工作电流和电动机的起动电流。

26、对电炉及照明等负载的短路保护，熔体的额定电流等于或稍大于负载的额定电流。

27、对于单台电动机，熔体额定电流≥（1.5-2.5）电机额定电流。

28、熔体额定电流在配电系统中，上、下级应协调配合，以实现选择性保护目的。下一级应比上一级小。

29、瓷插式熔断器应垂直安装，必须采用合格的熔丝，不得以其他的铜丝等代替熔丝。

30、螺旋式熔断器的电源进线应接在底座的中心接线端子上，接负载的出线应接在螺纹壳的接线端子上。

31、更换熔体时，必须先将用电设备断开，以防止引起电弧。

32、熔断器应装在各相线上。在二相三线或三相四线回路的中性线上严禁装熔断器。

33、熔断器主要用作短路保护。

34、熔断器作隔离目的使用时，必须将熔断器装设在线路首端。

35、熔断器作用是短路保护。隔离电源，安全检修。

36、刀开关作用是隔离电源，安全检修。

37、胶盖瓷底闸刀开关一般作为电气照明线路、电热回路的控制开关，也可用作分支电路的配电开关。

38、三极胶盖闸刀开关在适当降低容量时可以用于不频繁起动操作电动机控制开关。

39、三极胶盖闸刀开关电源进线应按在静触头端的进线座上，用电设备接在下面熔丝的出线座上。

40、刀开关在切断状况时，手柄应该向下，接通状况时，手柄应该向上，不能倒装或平装。

41、三极胶盖闸刀开关作用是短路保护。隔离电源，安全检修。

42、低压负荷开关的外壳应可靠接地。

43、选用自动空气开关作总开关时，在这些开关进线侧必须有明显的断开点，明显断开点可采用隔离开关、刀开关或熔断器等。

44、熔断器的主要作用是过载或短路保护。

45、电容器并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。

46、改善功率因数的措施有多项，其中最方便的方法是并联补偿电容器。

47、墙壁开关离地面应1.3米，墙壁插座0.3米。48、拉线开关离地面应2-3米。

49、电度表离地面应1.4—1.8米。

50、进户线离地面应2.7米。

51、跨越铁路，一二级公路，电车道，主要河流，弱电线路，特殊索道等，不应有接头。

52、塑料护套线主要用于户内明配敷设，不得直接埋入抹灰层内暗配敷设。

53、导线穿管一般要求管内导线的总截面积（包括绝缘层）不大于线管内径截面积的40％。

54、管内导线不得有接头，接头应在接线盒内；不同电源回路、不同电压回路、互为备用的回路、工作照明与应急照明的线路均不得装在同一管内。

55、管子为钢管（铁管）时，同一交流回路的导线必须穿在同一管内，不允许一根导线穿一根钢管。56、一根管内所装的导线不得超过8根。

57、管子为钢管（铁管）时，管子必须要可靠接地。

58、管子为钢管（铁管）时，管子出线两端必须加塑料保护套。

59、导线穿管长度超过30米（半硬管）其中间应装设分线盒。

60、导线穿管长度超过40米（铁管）其中间应装设分线盒。

61、导线穿管，有一个弯曲线管长度不超过20米。其中间应装设分线盒。

62、导线穿管，有二个弯曲线管长度不超过15米。其中间应装设分线盒。

63、导线穿管，有三个弯曲线管长度不超过8米。其中间应装设分线盒。

64、在采用多相供电时，同一建筑物的导线绝缘层颜色选择应一致，即保护导线（PE)应为绿/黄双色线，中性线（N)线为淡蓝色；相线为。

65、L1－黄色、L2－绿色、L3－红色。单相供电开关线为红色，开关后一般采用白色或黄色。

66、导线的接头位置不应在绝缘子固定处，接头位置距导线固定处应在0.5米以上，以免妨碍扎线及折断。

（来源：网络，版权归原作者所有，侵删）

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