接口电子设备中的光耦合器模块

工业电子在电气噪声和机械挑战性的环境中运行。问题是，自动化、控制和仪表组件依赖于没有电气干扰或失真的准确信号来正常运行。因此，光耦模块经常被工程师用作信号源、电源和工业控制及其他元件之间的信号保护中间体。

在工业应用中，一种光耦合器模块是一个独立的DIN轨道安装装置，赋予信号路径的光学分离。核心是一个光耦合器- 具有发光二极管或LED的电路和光敏器件。光耦合器模块的输入侧包括电源或信号输入电子器件以及LED。输出包括输出电路中的光敏器件（通常是光电晶体管或光电二极管）。当电流通过LED时，它会导致红外光的发射激活光敏器件 - 使电流能够通过光耦输出。以这种方式，光电耦合器输出类似于响应输入电压信号存在而打开和关闭的数字开关。

光耦合器包括一个LED和光敏元件。输入电路上的LED或红外光源与输出侧的光敏半导体通信。

密钥光电耦合器参数是当前的传输比或CTR，它是输入电流和输出电流之比的量度。当工业控制器工作时没有光耦合器，后者提高了安全性、可靠性和准确性，并避免了直接(非隔离)信号连接的潜在问题。

光耦合器模块防止电气干扰：在工业环境中，从简单的机械限幅开关信号到基于协议的数据传输，任何东西都容易受到电气噪声的影响。如果这些信号必须传播很长一段距离，它们是最脆弱的。在这里，光耦合器可以隔离由杂散电流通过地连接产生的共模噪声。正确地设置使用光耦合器的系统，使源电路和接收电路在单独的地和信号连接上。
光耦模块连接高压和低压电路:如果它们送入输入信号超过设定限制，则工业控制器可以维持损坏...但是通常需要跟踪功率水平。例如，PLC的数字输入可能被设计为接受24 VDC - 但需要监控220 Vac负载。直接将220 VAC连接到PLC输入将显然会损坏后者。因此，在这里，光耦合器模块可能接受220 VAC输入，并在控制器的最大允许输入中产生反馈输出电压。
光耦合器的模块保护工业控制器从瞬变事件:暂态事件是突然的、短暂的电压或电流爆发。尽管瞬态的持续时间只有一瞬间，但它会对工业控制器造成重大损害。在这里，光耦合器模块可以作为工业控制器和任何暴露于浪涌或涌流的现场传感器之间的隔离屏障。

尽管光电耦合器模块主要隔离输入信号和电源，但有设计为此，它们有助于确保输出信号的质量。例如，一些光耦合器模块可以代替机电信号继电器。后者通常会从2A或更小的低开关电流工作。这使得具有相似或更高输出电流相当合适的替代品的光耦合器......但由于没有移动部件，设计寿命远远较长。更具体地，机电继电器通常工作100,000至1,000,000个循环......但是最近的光耦合器的继电器可以持续数十年。更重要的是，光电耦合器模块避免了后部EMF的机电问题和信号弹跳。

基于光耦的固态继电器的快速切换使其适用于各种大功率系统输出负载。光耦合器也可以作为隔离工业电源的补充。

高速开关光耦合器也可以保护标准控制和控制电源信号，如脉宽调制或PWM和Modbus RS485 -仅举两个例子。这里通过隔离控制器和接收元件来最小化基于耦合的EMI耦合。

使用光耦模块进行零交叉检测

一些基于ac的应用需要零交叉检测，这是一个测量AC信号的转换，因为它在高于和低于零之下。这里，过零电路可以让控制测量波形的频率和相位 - 并且每次交流信号交叉0-V点时，在输出处形成的窄脉冲。零交叉检测器电路变化比比皆是，但基于光电耦合器Excel的探测器。光耦合器在AC信号和控制器之间提供噪声隔离屏障，并且许多光电耦合器模块甚至可以内置零检测电路，以减少零件数。

当光耦合器补充电源时，它通常在电源的反馈控制环上（以及输入侧变压器）隔离系统DC / AC，AC / AC，AC / DC或DC / DC转换器。这种布置消除了电源输入和所有输出端子（以及任何附加的现场设备，电机或其他负载）之间的所有直接导电路径，用于更安全，更高效的设计。在经常在众所周置不同的电源状态之间切换的设备上，光耦合器可以（甚至到几十只KV /μSEC）保护电源免受瞬态共模电压的影响。在高压应用上，光耦合器还可以破坏由不同电源在具有轻微地面电位差异的设计中引起的地环电流 - 反过来消除了共模电噪声问题。