【導(dǎo)讀】電子電路的設(shè)計方式和思路不斷推陳出新，其中光耦電路也面臨重要變革。雖然看起來簡單，但是面對LED光耦電路的設(shè)計仍然不能掉以輕心，對于LED光耦電路設(shè)計老化和能耗問題，設(shè)計者也提出了相關(guān)的改進，在反應(yīng)慢且不穩(wěn)定的缺點方面也做出了改進。
圖1顯示了兩個通用的0V同步交流設(shè)計。通過光耦負載電阻的減少，開關(guān)變得更慢更不確定，但減少了光耦的LED電流，嘗試減少隔離電路中的能量消耗。為實現(xiàn)更快更迅速的開關(guān)，將不得不犧牲能量效率；然而，由于能量效率和交流電壓大小的反向關(guān)系，這個犧牲的好處是有限的。
圖1
光耦的LED在近似全交流循環(huán)過程中處于持續(xù)發(fā)光的狀態(tài)，這就導(dǎo)致功耗效率低，且使光耦老化得相對較快，同時意味著是過原點誤差過大且?guī)缀醪豢煽?。電路的靈敏度范圍依靠光耦的參數(shù)決定，圖1的設(shè)計不是一個理想方案。就效率而言，依靠光耦的電流轉(zhuǎn)換率和交流幅值，輸出應(yīng)該能夠達到5到100mA。
圖2
而圖2的設(shè)計就克服了能耗過大、不確定開關(guān)和LED老化的問題。它非常適用于寬交流范圍的應(yīng)用。與圖1的電路相比，圖2的LED只在過原點附近發(fā)光，且由前置充電電容接收能量，所以通過10到100的因數(shù)減少平均電流消耗。設(shè)計也提供更快、更確定和更敏銳的開關(guān)。更甚者，通過延緩LED老化。圖1中電阻R1和R2消耗的熱功率不小于1.5W，所以在同一電路板區(qū)域中可用0.1W設(shè)備替換外部器件（圖2）。
電路的主要部分由幅值檢波器D1、電容C1和Schmitt觸發(fā)器Q1/Q2組成，控制流過光耦的LED電流。D2和D3穩(wěn)定Q2的基電壓，從而其集電極電流驅(qū)動光耦。電容C1通過R1、R2和D1充電。
幾乎所有交流周期中，除了過原點附近，Q1為開，Q2為關(guān)。接近過原點時，Schmitt觸發(fā)器Q1和Q2的狀態(tài)改變，Q2以恒定的電流卸放電容C1，因為由Q2、D2、D3、R5和R6組成的電路按I=（2×VD–VBE2）/R6穩(wěn)定電流，在這里VD為D2或D3上的電壓降，VBE2為Q2的基射極電壓。
圖3
一些應(yīng)用不需要Schmitt觸發(fā)器固有的磁滯性；圖3顯示了這樣的一個設(shè)計。它也顯示了怎樣處理不需要的D1最小反轉(zhuǎn)電流。然而，電路更適用于純同步和非晶閘管控制。由于LED電流的穩(wěn)定性，這些設(shè)計使輸入交流電壓的范圍擴大，其有利于多標(biāo)準交流供電設(shè)計；這樣設(shè)計的另一個優(yōu)勢，是能夠擁有更安全的特性。在其終端短路的情況下，光耦在隔離與非隔離側(cè)之間傳遞的電流比圖1電路中少10到100倍。光耦也有優(yōu)勢。由于低占空比，可以不損失功率而任意減少光耦負載電阻R8的值。這個減少將使過原點誤差降低。
本文為大家介紹了一種能夠大幅改進傳統(tǒng)LED光耦電路中老化與能耗問題的電路。并對傳統(tǒng)LED光耦電路中存在的問題進行了分析。很顯然，在進行LED光耦電路設(shè)計時經(jīng)過優(yōu)化的方法將是人們的首選。希望在看過本文之后，各位能夠自行判斷一款LED光耦電路在能耗與老化方面的優(yōu)劣。
相關(guān)閱讀：
只需5分鐘 帶你了解光耦電路中的固態(tài)繼電器
專家詳解：光耦合器RS485的典型應(yīng)用設(shè)計
專家?guī)停涸斀馑姆N隔離光耦電路的常見接法
