一种高压光电耦合器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压光电耦合器，包括分压电路、保护电路、光电隔离元件、输出控制电路和输出负载滤波电路；分压电路的输入端与输入信号连接；输出端分别与保护电路的输入端和光电隔离元件的输入端连接；保护电路的输出端与光电隔离元件的输入端连接；光电隔离元件的输出端分别与输出负载滤波电路的输入端、输出控制电路的输入端和输出信号连接；输出负载滤波电路的输出端与输出控制电路的输入端连接；输出控制电路的输出端输出控制信号。光电隔离元件包括红外发射管、红外接收管和外壳密封载体。本实用新型的高压光电耦合器的耐压能力强；能够适应高频信号的传输要求，并且具有工作稳定，无触点，使用寿命长的优点。
【专利说明】一种高压光电耦合器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种高压光电耦合器，属于电子电器【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 光电稱合器（optical coupler，英文缩写为0C)亦称光电隔离器，简称光稱。光 电奉禹合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各 种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光电耦合 器具有输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而在实际电路转换应用中 具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。但是传统的光电耦合器能够隔离转换的电压最大 为700V，不能够实现快速响应对600Hz以上频率和5KV?10KV的高压电路检测和隔离转 换，因此本发明专利基于红外发射管和红外接收管，研制的新型高压光电耦合器，完全承受 10KV的高压，并且对600Hz脉冲电源可以在线实时隔离转换，可以大大提高信噪比，在计算 机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
[0003] 现有光电耦合器由于具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输 入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子、【技术领域】及工业自动控制领域 中，作为隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹 配等。目前现有光电耦合器主要不足之处在于：耐高压能力差、响应频率比较低、工作温度 狭窄等。
[0004] 因此。本领域的技术人员致力于开发一种能够承受10KV以上高压的光电耦合器。 实用新型内容
[0005] 光电f禹合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所 以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大和滤波等。输入的电信号驱动 发光二极管（LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步 放大后输出。这就完成了电一光一电的转换，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，电信号传输具有单向性等特点，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，因而具有很强的共模 抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在现场在 线监测与实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加系统工作的可靠性。
[0006] 本实用新型针对高压电路的电压信号检测与控制，融合光电技术、传感器技术、测 控技术等先进技术，为高压电路提供实时响应、宽频域、线性化、高阻抗的光电耦合器件。
[0007] 本实用新型是一种高压光电耦合器，其特征在于，包括分压电路、保护电路、光电 隔离元件、输出控制电路和输出负载滤波电路；
[0008] 所述分压电路的输入端与输入信号连接；输出端分别与所述保护电路的输入端和 所述光电隔离元件的输入端连接；所述保护电路的输出端与所述光电隔离元件的输入端连 接；所述光电隔离元件的输出端分别与所述输出负载滤波电路的输入端、所述输出控制电 路的输入端和输出信号连接；所述输出负载滤波电路的输出端与所述输出控制电路的输入 端连接；所述输出控制电路的输出端输出控制信号。
[0009] 进一步地，所述光电隔离元件包括红外发射管、红外接收管和外壳密封载体；所述 红外发射管和所述红外接收管被封装于所述外壳密封载体内；所述红外发射管与所述光电 隔离元件的输入端连接，所述红外接收管与所述光电隔离元件的输出端连接。
[0010] 进一步地，所述外壳密封载体是一个材质不透光的密闭容器。
[0011] 进一步地，所述红外发射管和所述红外接收管相对且平行地固定在所述外壳密封 载体的底部两端。
[0012] 进一步地，所述红外发射管的轴心和所述红外接收管的轴心在一条直线上。
[0013] 进一步地，所述输出控制电路是由开关组成。
[0014] 与传统光电耦合器相比，首先，本实用新型的高压光电耦合器的耐压能力得到了 提升，能够适应10kV以上电路的隔离要求；其次，能够适应600HZ高频信号的传输要求，响 应时间达到毫秒级以下；再者，其输入与输出之间的阻抗可以达到10兆欧以上；并且具有 工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高的优点。本实用新型的高压光电耦合器的输出 高效稳定，又将系统的高压侧和低压侧彻底隔离。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的一种高压光电耦合器的结构示意图；
[0016] 图2是本实用新型的一种高压光电耦合器的保护电路的结构示意图；
[0017] 图3是本实用新型的一种高压光电耦合器的光电隔离元件的结构示意图；
[0018] 图4是本实用新型的一种高压光电耦合器的输出负载滤波电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
[0020] 本实用新型的高压光电耦合器具体如图1所示，包括分压电路、保护电路、光电隔 尚兀件、输出控制电路和输出负载滤波电路；分压电路的输入端与输入信号连接；分压电 路的输出端分为两路，一路与保护电路的输入端连接，另外一路与光电隔离元件的输入端 连接；保护电路的输出信号与光电隔离元件的输入端连接；光电隔离元件的输出端分为三 路：一路与输出负载滤波电路的输入端连接；一路用于输出电压信号；一路与输出控制电 路的输入端连接；输出负载滤波电路的输出端与输出控制电路的输入端连接；输出控制电 路的输出端用于输出控制信号。
[0021] 分压电路：用于将被监测转换的高压信号（例如：l〇KV或者5KV)进行分压，减低 到光电器件能够承受的耐压范围。
[0022] 保护电路：为光电隔离元件提供正反向过电压保护以及限流保护，光电隔离元件 能够承受的最大工作电流为40mA。保护电路连接在发光器件的输入端，通过限幅元件限制 加载到发光器件上的正反向电流大小。保护电路包括电阻R89、光敏三极管、发光二极管 U10和瞬态抑制二极管TVS5,具体如图2所示；输入信号经过发光二极管U10、瞬态抑制二 极管TVS5和电阻R89后，在发光二极管U10上输出光信号，使光敏三极管导通，光敏三极管 集电极流过的电流大小反映测量信号的大小。
[0023] 光电隔离元件：包括红外发射管2、红外接收管3和外壳密封载体1，具体如图3所 示，采取特殊工艺将红外发射管和红外接收管封装在外壳密封载体内。在短距离范围内红 外发射管发出的红外光线，沿平行光路向前，照射在红外接收管的光敏器件上，光敏器件将 其转化为电信号。高压电路和电压检测电路之间完全没有电的联系，实现信号的单向传输， 输入端与输出端完全实现了电气隔离。光敏器件的最大福射强度一般在光轴的正前方，并 随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。不同封装工艺型号的光敏器件的辐射角度有所不 同。当电压越过光敏器件正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的 曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感，因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射 功率的发挥及其可靠性。红外发射管和红外接收管能够工作在红外波长的范围内，外壳密 封载体是一个密闭容器，并材质不透光、有一定的韧性、不宜损坏。红外发射管与红外接收 管相对且平行地固定在外壳密封载体的底部两端，从红外发射管设置引出线与信号输入端 相连，从红外接收管设置引出线与输出信号端连接，其中：在组装红外发射管和红外接收管 时，要保证它们在同一条中心轴线上。该发明解决了在高压电路里，快速、简洁、高效、稳定 的电压、电流检测问题。
[0024] 输出控制电路：由低插损、宽频带、高隔离度、小型化的开关组成，接受MCU或CPU 送来的控制指令，控制开关的动作，以达到控制光敏器件的输出信号适应各类不同的应用 条件，并保证检测电路在不同环境下的稳定性。当输出控制信号为"1"时，输出电压信号端 有电压信号产生。
[0025] 输出负载滤波电路：主要为光敏器件提供一个稳定的负载和输出信号的滤波。输 出负载滤波电路包括电容、三极管、若干二极管和若干电阻，具体如图3所示。电阻R46、二 极管D8和电阻R45分别与输入端TEST5KV相连；电阻R46的另一侧与三极管Q7的集电极 相连；电阻R45通过二极管D7后接地；二极管D8的另一端分别与电阻R47、电容C31和第 一输出端TEST1连接；电阻R47和电容C31的另一侧直接接地；三极管Q7的发射极接地，栅 极连接电阻R48的一侧，R48的另一侧接第二输出端TEST_SEL，其中：TEST1为转换输出的 模拟量信号，TEST_SEL为高压光电耦合器的输出控制信号。TEST_SEL为" 1"电平时，TEST1 的输出被钳制为〇电平，TEST_SEL为"0"电平时，TEST 1的输出被为正常的转换信号。
[0026] 本实用新型的高压光电耦合器，其
[0027] >输入端高压脉冲信号为：0?10KV，1000HZ脉冲电源
[0028] >输入端与输出端之间阻抗为：10兆欧
[0029] >输出端检测信号为：0?5V直流信号
[0030] >最大脉冲工作电流为：500MA
[0031] >最大持续工作电流为：40MA
[0032] >发射光波长为：940nM
[0033] >接收光波长为：440?ΙΙΟΟηΜ
[0034] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1. 一种高压光电耦合器，其特征在于，包括分压电路、保护电路、光电隔离元件、输出控 制电路和输出负载滤波电路； 所述分压电路的输入端与输入信号连接；输出端分别与所述保护电路的输入端和所述 光电隔离元件的输入端连接；所述保护电路的输出端与所述光电隔离元件的输入端连接； 所述光电隔离元件的输出端分别与所述输出负载滤波电路的输入端、所述输出控制电路的 输入端和输出信号连接；所述输出负载滤波电路的输出端与所述输出控制电路的输入端连 接；所述输出控制电路的输出端输出控制信号。
2. 如权利要求1所述的高压光电耦合器，其特征在于，所述光电隔离元件包括红外发 射管、红外接收管和外壳密封载体；所述红外发射管和所述红外接收管被封装于所述外壳 密封载体内；所述红外发射管与所述光电隔离元件的输入端连接，所述红外接收管与所述 光电隔离元件的输出端连接。
3. 如权利要求2所述的高压光电稱合器，其特征在于，所述外壳密封载体是一个材质 不透光的密闭容器。
4. 如权利要求2所述的高压光电耦合器，其特征在于，所述红外发射管和所述红外接 收管相对且平行地固定在所述外壳密封载体的底部两端。
5. 如权利要求2所述的高压光电耦合器，其特征在于，所述红外发射管的轴心和所述 红外接收管的轴心在一条直线上。
6. 根据权利要求1所述的高压光电耦合器，其特征在于，所述输出控制电路是由开关 组成。
【文档编号】H03K19/14GK203911897SQ201420213016
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】廉迎战, 刘辉, 程海玲, 张中华, 时剑, 廉捷, 梁鉴平 申请人:广东工业大学, 佛山市华鸿铜管有限公司