开关量输入输出采用光电耦合的原因

　　光电耦合器，在开关量输入输出电路中的作用是：传递开关量信号并实现电路间的电气隔离和滤除噪音和干扰。

　　在由发光二极管和光敏三极管组成的光电耦合器里，信息传送介质为光，但输入和输出都是电信号。由于信息的传送和转换过程都是在不透光的密闭环境下进行的，它既不受电磁信号的干扰，又不受外界光的影响，因此利用光电耦合器可以实现现场开关量和计算机总线之间的完全隔离。

　　(1)光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的噪声电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管发光，从而被抑制掉了。

　　(2)光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地;之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。

　　(3)光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪器|仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。

　　(4)光电耦合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有10μs左右，适于对响应速度要求很高的场合。

　　光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

　　在开关电源中光耦的作用主要是隔离、提供反馈信号和开关作用。开关电源电路中光耦的电源是从高频变压器次级电压提供的，当输出电压低于稳压管电压时给信号光耦接通，加大占空比，使得输出电压升高;反之则关断光耦减小占空比，使得输出电压降低。一旦高频变压器次级负载超载或开关电路有故障，就没有光耦电源提供，光耦就控制着开关电路不能起振，从而保护开关管不致被击穿烧毁。 通常光耦与TL431一起使用。两电阻串联取样到431R端与内部比较器进行比较。然后根据比出的信号再控制431K端(阳极接光耦那一端)对地的电阻，然后达到控制光耦内部发光二极管的亮度。(光耦内部一边是一发光二极管，一边是一光敏三极管)通过发光的强度。控制另一端三极管的CE端的电阻也就是改变了LED电源驱动芯片就会自动调整输出信号的占空比,达到稳压的目的。

　　常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。

　　TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。

　　通常来说，在典型的电路，如TL431电路中，会使用TLP521进行反馈。此时TL431的工作状态相当于内部基准电压为2.5V电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。