工業電子設備在電氣噪聲和機械挑戰性的環境中運行。問題在于，自動化、控制和儀表組件依賴于沒有電氣干擾或失真的精確信號來正常運行。因此，光耦合器模塊通常被工程師用作信號源以及電源、工業控制和其他組件之間的信號保護中介。

在工業應用中，光耦合器模塊是一種獨立的DIN導軌安裝器件，為信號路徑提供光學隔離。其核心是一個光耦合器，即一個具有發光二極管或LED和一個光敏器件的電路。光耦合器模塊的輸入側包括電源或信號輸入電子器件以及LED。輸出包括輸出電路中的光敏器件(通常是光電晶體管或光電二極管)。當電流通過LED時，它會導致紅外光的發射，從而激活光敏器件，從而使電流通過光耦合器的輸出。這樣，光耦合器輸出類似于數字開關，根據輸入電壓信號的存在而打開和關閉。

光耦合器的一個關鍵參數是電流傳輸比或CTR，它是輸入和輸出電流之間比率的量度。雖然工業控制器無需光耦合器即可工作，但后者可提高安全性、可靠性和準確性，并避免直接進行(非隔離)信號連接的潛在問題。

1. 光耦合器模塊可防止電氣干擾： 從簡單的機械限位開關信號到基于協議的數據傳輸，在工業環境中，一切都容易受到電噪聲的影響。如果這些信號必須傳播任何距離，則它們最容易受到攻擊。在這里，光耦合器可以隔離流經接地連接的雜散電流產生的共模噪聲。為此，正確設置使用光耦合器的系統，將源極和接收電路分別連接在單獨的接地和信號連接上。

2. 光耦合器模塊連接高壓和低壓電路： 如果工業控制器輸入的信號超過設定的限制，它們可能會受到損壞......但通常需要跟蹤功率水平。例如，PLC 的數字輸入可能設計為接受 24 Vdc，但需要監控 220 V 交流負載。將 220 Vac 直接連接到 PLC 輸入顯然會損壞后者。因此，光耦合器模塊可能接受220 Vac輸入，并在控制器的最大允許輸入范圍內產生反饋輸出電壓。

3. 光耦合器模塊可保護工業控制器免受瞬態事件的影響：瞬態事件是突然的短時電壓或電流突發。盡管瞬變持續時間很短，但瞬變可能會對工業控制器造成重大損壞。在這里，光耦合器模塊可以用作工業控制器與任何暴露于浪涌或浪涌電流的現場傳感器之間的隔離屏障。

雖然光耦合器模塊主要隔離輸入信號和電源，但有些設計有助于確保輸出信號的質量。例如，一些光耦合器模塊可以取代機電信號繼電器。后者通常采用2A 或更低的低開關電流工作。這使得具有相似或更高輸出電流的光耦合器非常適合替代...但由于沒有移動部件，因此設計壽命更長。更具體地說，機電繼電器通常工作 100，000 到 1，000，000 個周期......但基于光耦合器的繼電器可以使用數十年。此外，光耦合器模塊避免了反電動勢和信號反彈的機電問題。

基于光耦合器的固態繼電器的快速開關使其適用于各種高功率系統輸出負載。光耦合器還可以通過隔離來補充工業電源。

高速開關光耦合器還可以保護標準控制和控制功率信號，如脈寬調制或PWM和Modbus RS485，僅舉兩個例子。這里通過隔離控制器和接收元件來最小化基于耦合的EMI耦合。

使用光耦合器模塊進行過零檢測

一些基于交流的應用需要過零檢測，這是交流信號在零以上和零以下切換時的轉換的測量。在這里，過零電路可以讓控制器測量波形的頻率和相位，以及每次交流信號越過0 V點時在輸出端形成的窄脈沖。過零檢波器電路的變化比比皆是，但基于光耦合器的檢測器電路更勝一籌。光耦合器在交流信號和控制器之間提供噪聲隔離屏障...許多光耦合器模塊甚至內置零點檢測電路，以減少器件數量。

當光耦合器補充電源時，通常在電源的反饋控制環路(與輸入側變壓器一起)隔離系統直流/交流、交流/交流、交流/直流或直流/直流轉換器。這種布置消除了電源輸入和所有輸出端子(以及任何連接的現場設備、電機或其他負載)之間的所有直接導電路徑，以實現更安全、更高效的設計。在定期在截然不同的電源狀態之間切換的設備上，光耦合器可以(甚至高達幾十kV/μsec)保護電源免受瞬態共模電壓的影響。在高壓應用中，光耦合器還可以斷開由不同電源引起的接地環路電流，設計中的接地電位差很小，從而消除共模電噪聲問題。

如何選擇光耦合器模塊

這些是決定最合適的光耦合器模塊選擇的首要參數。

輸入電壓 — 確定輸入信號的最大電壓，并選擇高于限值的光耦合器模塊。

輸出電壓和電流 — 確保光耦合器的輸出能夠處理應用所需的電壓和電流。一些光耦合器模塊具有高電流或高壓輸出額定值。

響應時間 — 任何用于高速信號傳輸的光耦合器都需要以微秒 (μsec) 為單位的響應時間。

安裝— 可以從頭開始構建光耦合器電路，但DIN導軌安裝模塊易于安裝。

審核編輯：湯梓紅