光隔离器

光隔离器是一个电子元件转移了电信号，通过使用光两个隔离电路之间。光电隔离器可防止高压影响接收信号的系统。市售的光隔离器可承受高达10 kV的输入至输出电压 ^[3]以及高达25 kV / μs的电压瞬变。

常见的光电隔离器类型由同一不透明封装中的LED和光电晶体管组成。其他类型的源传感器组合包括LED光电二极管，LED LASCR和灯-光敏电阻对。通常，光隔离器传输数字（开-关）信号，但是有些技术允许它们与模拟信号一起使用。

光隔离器包含一个光源（发射器），几乎总是一个近红外发光二极管（LED），它将电输入信号转换为光，一个封闭的光通道（也称为介电通道）和一个光传感器，其检测入射光，要么产生电能量直接，或调制 电流从外部电源流入。传感器可以是光敏电阻、光电二极管、光电晶体管、可控硅（SCR）或双向可控硅。由于LED除了发射光以外，还可以感知光，因此可以构造对称的双向光隔离器。光耦合固态继电器包含一个光电二极管光电隔离器，该光电二极管驱动一个电源开关，通常是一对互补的MOSFET。甲开槽的光学开关包含光和传感器的一个来源，但其光信道是开放的，允许调制通过阻塞光或反射光的路径到传感器外部物体的光。

电子设备以及信号和电力传输线可能会遭受雷电、静电放电、射频传输、开关脉冲（尖峰）和电源扰动引起的电压浪涌。远程雷击会引起高达10 kV的电涌 ，这是许多电子组件的电压极限的1000倍。电路还可以通过设计并入高压，在这种情况下，它需要安全，可靠的方式将其高压组件与低压组件连接。

光电隔离器的主要功能是阻止此类高电压和瞬态电压，以使系统某一部分的浪涌不会干扰或破坏其他部分。从历史上看，此功能委托给隔离变压器，该隔离变压器在电流隔离的输入和输出侧之间使用电感耦合。变压器和光隔离器是仅有的两个类的电子设备，提供增强的保护-他们都在设备保护和人类用户操作此设备。它们包含一个物理隔离屏障，但提供的保护等同于双重隔离。光耦合器的安全性，测试和批准受国家和国际标准的管制：IEC 60747-5-2、EN（CENELEC） 60747-5-2、UL 1577、CSA组件验收通知＃5等。制造商发布的光隔离器规范始终遵循这些法规框架中的至少一个。

光电隔离器将输入和输出端与由输入电流调制的光束相连。它将有用的输入信号转换成光，通过介电通道发送，在输出侧捕获光，然后将其转换回电信号。与互感器在两个方向上传递能量且损耗非常低的变压器不同，光隔离器是单向的，并且它们不能传输功率。典型的光隔离器只能调制输出侧已经存在的能量流。与变压器不同，光隔离器可以传递直流或缓慢移动的信号，不需要输入和输出端之间的匹配阻抗。变压器和光隔离器都可以有效地打破工业回路和舞台设备中常见的接地回路，这些回路是由接地线中的高返回电流或有噪声的返回电流引起的。

光隔离器的物理布局主要取决于所需的隔离电压。额定电压低于几千伏的设备具有平面（或夹层）结构。传感器管芯直接安装在其封装的引线框架上（通常是六引脚或四引脚双列直插式封装）。传感器覆盖有一块玻璃或透明塑料，上面覆盖有LED芯片。LED光束向下发射。为了使光的损失最小化，传感器的有用吸收光谱必须与LED的输出光谱相匹配，该光谱几乎总是位于近红外中。根据需要，将光通道做得尽可能薄击穿电压。例如，Avago ASSR-300系列的透明聚酰亚胺薄板的额定电压为3.75 kV的短期电压和1 kV /μs的瞬态电压，仅为0.08 mm厚。平面组件的击穿电压取决于透明片的厚度和将管芯与外部引脚相连的键合线的配置。通过在PCB和封装表面上的爬电，可以进一步降低实际的电路隔离电压。安全设计规则要求裸金属导体的最小间隙为25 mm / kV，涂层导体的最小间隙为8.3 mm / kV。

额定电压为2.5至6 kV的光隔离器采用了另一种布局，称为硅树脂圆顶。此处，LED和传感器管芯放置在封装的相对侧。LED水平发射到传感器。 LED、传感器和它们之间的间隙被封装在透明硅胶的斑点或圆顶中。圆顶充当反射器，保留所有杂散光并将其反射到传感器的表面，从而将相对较长的光通道中的损耗最小化。在双模具设计中，硅树脂团块（“内模”）和外壳（“外模”）之间的空间充满了暗绝缘的化合物，并具有与之匹配的特性。热膨胀系数。