物聯網系統中為什么要使用光耦

物聯網系統中使用光耦的原因主要基于光耦的多種優越特性和在復雜環境中的應用優勢。以下是詳細的分析：

光耦的優越特性

1、電氣隔離：

光耦能夠實現輸入端與輸出端之間的電氣隔離，有效阻斷電路或系統之間的電聯系，防止漏電、短路、打火等問題。這種隔離特性在物聯網系統中尤為重要，因為物聯網設備往往需要在各種復雜、多變的環境中運行，電氣隔離能夠保護設備免受外界電氣干擾的影響。

2、抗干擾能力強：

光耦的輸入阻抗小，而干擾源的阻抗大，根據分壓原理，即使干擾電壓的幅度較大，饋送到光耦輸入端的雜訊電壓也會很小，從而被有效抑制。此外，光耦的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯系，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產生，提高了信號的信噪比。

3、高響應速度：

光耦的回應速度極快，回應延遲時間只有微秒級，這使得它非常適合于對響應速度要求高的物聯網系統。在需要快速響應的應用場景中，光耦能夠確保信號的及時傳輸和處理。

4、長壽命、無觸點：

光耦沒有機械觸點，因此具有較長的使用壽命和較高的可靠性。在物聯網系統中，設備的長期穩定運行是至關重要的，光耦的這一特性有助于降低設備的維護成本和故障率。

5、低功耗、小體積：

光耦具有低功耗和小體積的特點，這符合物聯網設備對高集成度、小型化和低功耗的需求。在物聯網系統中，設備往往需要長時間運行，低功耗特性有助于延長設備的續航時間；同時，小體積也有助于設備的小型化和便攜化。

在物聯網系統中的應用優勢

1、提高系統穩定性：

通過電氣隔離和抗干擾能力，光耦能夠保護物聯網系統中的敏感設備免受外界電氣干擾和噪聲的影響，從而提高系統的穩定性和可靠性。

2、簡化電路設計：

光耦的應用可以簡化物聯網系統中的電路設計，降低設計難度和成本。例如，在需要隔離輸入輸出通道的場景中，使用光耦可以省去復雜的隔離電路和元件。

3、擴展應用領域：

光耦的廣泛應用領域包括開關電源、電機控制、傳感器、通信等，這些領域也是物聯網系統的重要組成部分。通過在這些領域中使用光耦，可以進一步擴展物聯網系統的應用范圍和功能性。

具體硬件場景

用作固體繼電器：

1，具有體積小、耦合緊密、驅動功率小、動作速度快、工作溫度范圍寬等優點。

2，在電話安全設備中的應用：能夠防止通過電話進行線路被并機竊用或電話機被盜用通話。

3，代替音頻變壓器：在線性電路中，音頻變壓器通常用于兩級放大器之間的耦合。

4，在邏輯電路上的應用：光耦可用于形成各種邏輯電路。由于光耦的抗干擾性能和隔離性能優于晶體管，所以由光耦構成的邏輯電路更為可靠。

5，作為固體開關應用：控制電路與開關之間具有良好的電氣隔離。

6，在觸發電路中的應用：將光電耦合器用于雙穩態輸出控制電路，可有效地提高解決實際輸出與負載隔離地面的問題。

7，脈沖信號放大系統電路中的應用：以放大數字脈沖信號。

8，,在線性電路中的應用：線性電路采用線性光耦，線性度高，隔離性能好。,

9，特殊場合的應用：光耦合器也可以用于高壓控制，代替變壓器，代替接觸式繼電器，以及A/D電路。

圖3：光耦的主要應用領域

其他行業應用

通信領域：在通信設備中，光耦可以用于信號隔離、光電轉換等功能。例如，在數字隔離器中，光耦可以隔離數字信號和傳輸媒介之間的電氣連接，防止信號噪聲的傳播。在光通信系統中，光耦可以將光信號轉換為電信號，從而實現信號的放大和再生。

計算機領域：光耦通常用于隔離計算機和外部設備之間的電氣連接。例如，將光耦應用于計算機串行端口上，可以隔離計算機和串行設備之間的電氣連接，從而實現信號的隔離和保護。

醫療領域：光耦通常被用于隔離醫療設備和患者之間的電氣連接。例如，在心臟起搏器中，光耦可以將信號隔離，從而防止電氣噪聲干擾。

工業控制：在電力控制回路中，光耦可以將控制信號和高壓回路之間進行隔離，從而防止高壓回路的電氣噪聲對控制信號的干擾。在電機控制回路中，光耦可以將控制信號和電機驅動回路之間進行隔離，從而實現電機的精確控制。

綜上所述，物聯網系統中使用光耦的原因主要在于其優越的電氣隔離、抗干擾能力強、高響應速度、長壽命、無觸點、低功耗和小體積等特性，以及這些特性在物聯網系統中的應用優勢。這些優勢使得光耦成為物聯網系統中不可或缺的重要元件之一。

本文會再為大家詳解光電器件家族中的一員——光耦。

光耦簡介

光耦合器是在兩個隔離電路之間傳輸電信號的電子元件，也就是說將電信號從一個電路傳輸到另一個電路。（具體的如下圖所示。）光耦合器也稱為光隔離器、光耦合器或光隔離器。

光耦的分類

光耦器件常用的八大分類方式如下：

1，按光路徑：可分為外光路光電耦合器（又稱光電斷續檢測器）和內光路光電耦合器。

2，按通道數量分：可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。

3，按輸出形式分

（1）光敏器件輸出型，其中包括光敏二極管輸出型，光敏三極管輸出型，光電池輸出型，光可控硅輸出型等。

（2）NPN三極管輸出型，其中包括交流、直流輸入型，互補輸出型等。

（3）達林頓三極管輸出型，其中包括交流、直流輸入型。

（4）邏輯門電路輸出型，其中包括門電路、施密特觸發、三態門電路輸出型等。

（5）低導通輸出型（輸出低電平毫伏數量級）。

（6）光開關輸出型（導通電阻小于10Ω）。

（7）功率輸出型（IGBT/MOSFET等輸出）。

4，按速度分：低速光耦（光敏三極管、光電池等輸出型），速度通常低于100Kbps，高速光電耦合器（光敏二極管帶信號處理電路或者光敏集成電路輸出型），速率幾百Kbps以上，甚至可達數百Mbps。

5，按傳輸信號分：可分為數字型光電耦合器（OC門輸出型，圖騰柱輸出型及三態門電路輸出型等）和線性光電耦合器（可分為低漂移型，高線性型，寬帶型，單電源型，雙電源型等）。

6，按隔離特性分：可分為普通隔離光電耦合器（一般光學膠灌封低于5000V，空封低于2000V）和高壓隔離光電耦合器（可分為10kV，20kV，30kV等）。

7，按工作電壓分：可分為低電源電壓型光電耦合器（一般5～15V）和高電源電壓型光電耦合器（一般大于30V）。

8，按封裝形式分：可分為同軸型，雙列直插型，TO封裝型，扁平封裝型，貼片封裝型，以及光纖傳輸型等。

光耦的基本工作特性

1、共模抑制比很高：在光電耦合器內部，由于發光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

2、輸出特性：光電耦合器的輸出特性是指在一定的發光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發光二極管不發光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。IC與IF之間的變化成線性關系，用半導體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。

3、隔離特性

（1）隔離電壓Vio（Isolation Voltage）光耦合器輸入端和輸出端之間絕緣耐壓值，最高隔離電壓通常可至上千伏。

（2）隔離電容Cio（Isolation Capacitance）：光耦合器件輸入端和輸出端之間的電容值，通常2pF以內。

（3）隔離電阻Rio：（Isolation Resistance）半導體光耦合器輸入端和輸出端之間的絕緣電阻值，通常大于10^11歐姆。

4、傳輸特性：

（1）電流傳輸比CTR（Current Transfer Radio）：輸出管的工作電壓為規定值時，輸出電流和發光二極管正向電流之比為電流傳輸比CTR。

（2）上升時間Tr （Rise Time）& 下降時間Tf（Fall Time）：光電耦合器在規定工作條件下，發光二極管輸入規定電流IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的10%到90%，所需時間為脈沖上升時間tr。從輸出脈沖后沿幅度的90%到10%，所需時間為脈沖下降時間tf。

5、光電耦合器可作為線性耦合器使用。

在發光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結構的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。

光耦的選型

在光耦選型時一般需要考慮如下幾個參數：

（1）線性還是非線性：應用場景為開關信號的可以選擇非線性光耦，需要傳輸模擬量則要選擇線性光耦。

（2）速度：根據應用場景要求，選擇低速光耦（光敏三極管，響應速度微秒級）或者高速光耦（光敏二極管，響應速度納秒級）。

（3）隔離電壓：光耦是起隔離作用的元器件，隔離性能就需要通過隔離電壓這個參數來體現，隔離電壓的意思是光耦的輸入和輸出之間短時間所能承受不被擊穿電壓的最大值。

（4）電流傳輸比CTR：這個參數指的是輸出電流和輸入電流之間的百分比值，CTR值越大，表明光耦越省電，相對的也更容易受到干擾，反之亦然。

（5）工作溫度：所有光耦都有一個溫度范圍，在選型時可以根據自己的應用場景（商規/工規/車規）和需求來選擇工作溫度參數。

（6）封裝：根據電路、PCB結構空間來確定是選擇單通道還是多通道產品，一般光耦常用的封裝有DIP-4、DIP-8、SOP-4、SOP-8等等。

供應商A:光寶

1、產品能力

（1）選型手冊

https://so.szlcsc.com/global.html?k=%25E5%2585%2589%25E5%25AE%259D%2520%25E5%2585%2589%25E8%2580%25A6&hot-key=ADA4530-1ARZ-R7

（2）主推型號1：LTV-217-B-G

以及對應的產品詳情介紹

光敏三極管輸出型

*電流傳輸比

（CTR:在I=5mA，VCE=5V時最小50%）

*輸入和輸出之間的隔離電壓LTV-217系列！（Viso=3.75 KVrms）

*采用雙轉移模技術

核心料（哪些項目在用）

AP5000E_AM430EV5 RTU項目

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

供應商B：江蘇固得沃克微電子科技有限公司

http://www.gk-goodwork.com/

1、產品能力

（1）主推型號1：PC817C

對應的產品詳情介紹

PC817 系列光合器的組成是: 由一個 GaAs 的發射管和一個 NPN 的晶體管組成。PC817 的引腳中心距是

2.54mm

特點

電流轉換比(CTR: 最小 50% 工作條件 I=5mA,VcE=5V)2.絕緣電壓: (Viso=5,000Vrms)

響應時間 (tr: TYP 6us; tf TYP5us)工作條件 VCE=2V Ic=2mA, RL=100 2))

ESD: HBM8000V&MM2000V

應用范圍

開關電源.

電表

電腦.

器具的應用，測量機.

貯存器，復印機。自動售貨機.

家用電器、如風扇等

信號傳輸系統.

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

3FD5D572B823BA05C967330A07ECF74F

本文章源自奇跡物聯開源的物聯網應用知識庫Cellular IoT Wiki，更多技術干貨歡迎關注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

歡迎同學們走進AmazIOT知識庫的世界！

這里是為物聯網人構建的技術應用百科，以便幫助你更快更簡單的開發物聯網產品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我們長期投身于蜂窩物聯網 ODM/OEM 解決方案的實踐過程中，一直被物聯網技術碎片化與產業資源碎片化的問題所困擾。從產品定義、芯片選型，到軟硬件研發和測試，物聯網技術的碎片化以及產業資源的碎片化，始終對團隊的產品開發交付質量和效率形成制約。為了減少因物聯網碎片化而帶來的重復開發工作，我們著手對物聯網開發中高頻應用的技術知識進行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平臺的 RTOS 應用生態。后來我們發現，很多物聯網產品開發團隊都面臨著相似的困擾，于是，我們決定向全體物聯網行業開發者開放奇跡物聯內部沉淀的應用技術知識庫 Wiki，期望能為更多物聯網產品開發者減輕一些重復造輪子的負擔。

Cellular IoT Wiki沉淀的技術內容方向如下：

奇跡物聯的業務服務范圍：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯網模組，為客戶物聯網ODM/OEM解決方案服務。我們的研發技術中心在石家莊，PCBA生產基地分布在深圳、石家莊、北京三個工廠，滿足不同區域&不同量產規模&不同產品開發階段的生產制造任務。跟傳統PCBA工廠最大的區別是我們只服務物聯網行業客戶。

連接我們，和10000+物聯網開發者一起 降低技術和成本門檻

讓蜂窩物聯網應用更簡單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了，

千萬不！要！劃！走！忍住沖動！~

歡迎加入飛書“開源技術交流群”，隨時找到我們哦~

點擊鏈接如何加入奇跡物聯技術話題群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以獲取加入技術話題群攻略

Hey 物聯網從業者，

你是否有了解過奇跡物聯的官方公眾號“eSIM物聯工場”呢？

這里是奇跡物聯的物聯網應用技術開源wiki主陣地，歡迎關注公眾號，不迷路～

及時獲得最新物聯網應用技術沉淀發布

（如有侵權，聯系刪除）

審核編輯 黃宇