專利名稱：光耦合器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光耦合器電路，特別涉及一種使用簡(jiǎn)單電路提高性能的光耦合器。
背景技術(shù)：
光耦合器被用作隔離式開關(guān)電源的一個(gè)最常用器件，由于其對(duì)輸入、輸出電 信號(hào)有良好的隔離作用，因此用來在被隔離的兩端傳輸誤差信號(hào)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
光耦合器(optical coupler,英文縮寫為0C)亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。 光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之 一。光耦合器一般由三部分組成光的發(fā)射(如發(fā)光二極管)、光的接收(如光三 極管)及信號(hào)放大(如放大器)。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā) 出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就 完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸 出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干 擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共 模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。 在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工
作的可靠性。
參照?qǐng)D1，其為傳統(tǒng)光耦合器的電路圖。發(fā)光二極管101將被隔離的一端中的 電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光子后發(fā)射，光敏三極管103檢測(cè)從發(fā)光二極管101中發(fā)射出來的光 子，并將其轉(zhuǎn)化成被隔離的另一端中的電信號(hào)，形成一閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)的控制。 為了有效的檢測(cè)從發(fā)光二極管101發(fā)射出來的光子，光耦合器中的光敏三極管103 需要有較大的集電極基極區(qū)域。正是由于這個(gè)較大的區(qū)域，增加了集電極基極的電 容，這個(gè)增加了的電容因?yàn)閹淼南辔粶?Phase lag)又反過來影響光耦合器的 帶寬，特別是在低頻時(shí)影響更大。在所有的情況下，光耦合器的相位和帶寬會(huì)影響整個(gè)電源供電的穩(wěn)定。通常的設(shè)計(jì)，只能把帶寬稍微提高，但是光耦合器的參數(shù)誤 差(Tolerance)會(huì)因不同廠商而大不相同，甚至一個(gè)隔離部分到另一隔離部分(PART
TO PART)的差異也比較大，這就要求設(shè)計(jì)人員要小心的設(shè)計(jì)環(huán)路以避免不穩(wěn)定。 但是當(dāng)光耦合器的參數(shù)變化較大時(shí)，就存在著潛在的不穩(wěn)定問題。
綜上所述，采用現(xiàn)有的技術(shù)，由于光耦合器的光敏三極管需要較大的集電極 基極區(qū)域，影響了現(xiàn)有的光耦合器的帶寬，而現(xiàn)有帶寬只能做微小的調(diào)整，遠(yuǎn)不能 抑制光耦合器參數(shù)的變動(dòng)，導(dǎo)致光耦合器的不穩(wěn)定，其性能較差。并且，對(duì)于設(shè)計(jì) 者來說，在設(shè)計(jì)中需要考慮現(xiàn)有光耦合器的不穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)更加復(fù)雜、困難， 其實(shí)用性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光耦合器電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)因光敏三極管需 要較大的集電極基極區(qū)域，影響了帶寬，導(dǎo)致光耦合器的不穩(wěn)定，及實(shí)用性較差的 問題。
本發(fā)明提供一種光耦合器電路，包括發(fā)射電路、信號(hào)放大電路以及接收電 路。發(fā)射電路，用于依據(jù)一電壓信號(hào)來發(fā)射一光信號(hào)。信號(hào)放大電路，具有輸入端 及輸出端，用于放大電信號(hào)。接收電路包括光敏三極管和反饋電阻。光敏三極管具 有集電極，發(fā)射集以及基極，發(fā)射極耦接至信號(hào)放大電路的輸入端，用于接收光信 號(hào)，并將接收到的該光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)，發(fā)送給該信號(hào)放大電路。反饋電阻一 端耦接至光敏三極管的基極，另一端耦接至信號(hào)放大電路的輸出端，用于為光敏三 極管提供補(bǔ)償。
優(yōu)選地，接收電路還包括反饋電容，與反饋電阻并聯(lián)，用于消除高頻噪聲以 及避免產(chǎn)生振蕩。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述的光耦合器電路。其中，接收電路還包括發(fā)射極偏置 電阻，其一端耦接至光敏三極管的發(fā)射極，其另一端耦接至接地電壓。光敏三極管 的集電極耦接至偏置電壓。
可選地，信號(hào)放大電路為一運(yùn)算放大器，具有第一輸入端，第二輸入端以及 輸出端，第一輸入端耦接至一參考電壓，其第二輸入端耦接至光敏三極管的發(fā)射極， 輸出端耦接至反饋電阻。信號(hào)為一電壓，運(yùn)算放大器將該電壓減去該參考電壓后放大所需倍數(shù)。
或者，信號(hào)放大電路為一誤差放大器，具有第一輸入端，第二輸入端以及輸 出端，第一輸入端耦接至一參考電壓，其第二輸入端耦接至光敏三極管的發(fā)射集， 輸出端耦接至反饋電阻。電信號(hào)為一電壓，誤差放大器首先將該電壓與該參考電壓 作差值后放大該差值。
本發(fā)明因采用直接把光敏三極管的基極通過反饋電阻連接到信號(hào)放大器的輸 出端，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，最大帶寬可以改善到現(xiàn)有技術(shù)的三到四倍，因此可以抑制光耦 合器參數(shù)的變動(dòng)，使光耦合器穩(wěn)定，提高了其性能。并且，對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，不需 要考慮光耦合器的穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，增加了其實(shí)用性。


圖1為傳統(tǒng)的光耦合器的電路圖2為本發(fā)明的光耦合器電路的電路圖3為本發(fā)明光耦合器電路的電路圖4A為采用現(xiàn)有光耦合器的波特圖，圖4B為本發(fā)明光耦合電路的波特圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。
本發(fā)明的特征之一在于直接把光敏三極管的基極通過反饋電阻連接到誤 差放大器的輸出端來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，這樣可以將光耦合器的帶寬增大到原先的三四 倍，抑制了光耦合器的參數(shù)變化時(shí)形成的不穩(wěn)定的問題。
參照?qǐng)D2，其為本發(fā)明隔離式開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的隔離 式開關(guān)電源電路200，包括光耦合器電路217和后續(xù)處理電路215，后續(xù)處理 電路215是公知技術(shù)，本發(fā)明就不再贅述。光耦合器電路217，包括發(fā)射電 路205、信號(hào)放大電路213以及接收電路207。發(fā)射電路205，用于依據(jù)一電壓 信號(hào)發(fā)射光信號(hào)。信號(hào)放大電路213具有輸入端和輸出端，用于放大電信號(hào)。 接收電路207包括光敏三極管209以及反饋電阻211。光敏三極管209具有 集電極、發(fā)射集以及基極，發(fā)射極耦接至信號(hào)放大電路213的輸入端，用于接 收光信號(hào)，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào)，發(fā)送給信號(hào)放大電路213。反饋電阻211 —端耦接至光敏三極管209的基極，另一端耦接至信號(hào)放大電路 213的輸出端，用于為光敏三極管209提供補(bǔ)償。
參照?qǐng)D3，其為本發(fā)明光耦合器電路的實(shí)施示例電路圖。光耦合器電路217 包括發(fā)射電路205、信號(hào)放大電路213以及接收電路207。發(fā)射電路205主 要由發(fā)光二極管301和電阻303組成。發(fā)光二極管301陰極耦接至接地電壓， 用于將流過發(fā)光二極管301的電信號(hào)(通常為電流)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后發(fā)射出去。 電阻303，其一端耦接到電壓信號(hào)，其另一端耦接至發(fā)光二極管301的陽(yáng)極， 用于將該發(fā)光二極管301的電壓控制在其額定電壓內(nèi)。信號(hào)放大電路213的輸 出端耦接至后續(xù)處理電路215的輸入端，用于放大電信號(hào)。信號(hào)放大電路213 可以為誤差放大器305，具有第一輸入端，第二輸入端以及輸出端，第一輸入 端耦接至參考電壓。其主要用于通過比較第一、第二輸入端之間的電壓，并將 其差值放大一預(yù)定的倍數(shù)，獲得預(yù)期電壓值范圍內(nèi)的電壓。接收電路207包括 光敏三極管209以及反饋電阻311。光敏三極管209具有集電極、發(fā)射集以及 基極，發(fā)射極耦接至信號(hào)放大電路213的輸入端，即誤差放大器305的第二輸 入端。在其發(fā)射極上耦接發(fā)射極偏置電阻307的一端，而發(fā)射極偏置電阻307 的另一端耦接至接地電壓。并且，上述光敏三極管209的集電極耦接至偏置電 壓。上述光敏三極管209用于接收光信號(hào)，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出電 信號(hào)，發(fā)送給信號(hào)放大電路213。反饋電阻311 —端耦接至光敏三極管209的 基極，另一端耦接至信號(hào)放大電路213的輸出端，即誤差放大器305的輸出端， 用于為光敏三極管209提供補(bǔ)償。由于在光敏三極管209接收到光信號(hào)及將其 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，可能會(huì)伴隨有振蕩信號(hào)和高頻信號(hào)，因此，在上述反饋電阻 211上并聯(lián)有反饋電容309，用于消除高頻噪聲以及避免產(chǎn)生振蕩。
其中，信號(hào)放大電路213也可以是一個(gè)運(yùn)算放大器，其主要用來放大光敏 三極管產(chǎn)生的電信號(hào)，因此，本發(fā)明的誤差放大器僅為一實(shí)施例，不能用來限 定本發(fā)明。
當(dāng)本發(fā)明的光耦合器電路217投入使用時(shí)，首先由發(fā)射電路205接收到一 電壓Vout，由于存在電勢(shì)差，即產(chǎn)生電流，通過電阻303，使電壓降為發(fā)光二 極管301的額定電壓以下，以保護(hù)發(fā)光二極管301因長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)作下 減少使用壽命。發(fā)光二極管301的發(fā)光強(qiáng)度隨流過發(fā)光二極管301的電流的增
7大而增大。當(dāng)發(fā)光二極管301發(fā)光產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)，光敏三極管209在接收到這 些光信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即在光敏三極管209的發(fā)射極產(chǎn)生一電流。 其中，光敏三極管209只有當(dāng)基極補(bǔ)償與發(fā)射極偏置電壓之差大于一預(yù)定值后 才開始運(yùn)作，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓。上述光敏三極管209產(chǎn)生的電信號(hào)傳輸?shù)?誤差放大器305的第二輸入端，誤差放大器305上電運(yùn)作后將上述電壓與第一 輸入端輸入的參考電壓取差值后放大，獲得最終的輸出電壓。
綜上所述，采用本發(fā)明，直接將光敏三極管209的基極通過反饋電阻311 連接到信號(hào)放大器305的輸出端，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。參照?qǐng)D4A和圖4B，其分別為 采用現(xiàn)有光耦合器器的波特圖和本發(fā)明光耦合電路的波特圖。由圖可知，采用 本發(fā)明的光耦合器電路217能使最大帶寬改善到現(xiàn)有技術(shù)的三到四倍，因此可 以抑制光耦合器參數(shù)的變動(dòng)，使光耦合器穩(wěn)定，提高了其性能。對(duì)于設(shè)計(jì)者來 說，在設(shè)計(jì)過程中不需要考慮光耦合器的穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，增加了其實(shí) 用性。
以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明并非局限于此，任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光耦合器電路，其特征在于，包括一發(fā)射電路，用于依據(jù)一電壓信號(hào)來發(fā)射一光信號(hào)；一信號(hào)放大電路，具有輸入端及輸出端，用于放大電信號(hào)；以及一接收電路，包括一光敏三極管，具有集電極，發(fā)射集以及基極，發(fā)射極耦接至該信號(hào)放大電路的輸入端，用于接收該光信號(hào)，并將接收到的該光信號(hào)轉(zhuǎn)換為一電信號(hào)，發(fā)送給該信號(hào)放大電路；以及一反饋電阻，一端耦接至該光敏三極管的基極，另一端耦接至該信號(hào)放大電路的輸出端，用于為光敏三極管提供補(bǔ)償。
2、 如權(quán)利要求l所述的光耦合器電路，其特征在于，所述接收電路還包括一 反饋電容，與該反饋電阻并聯(lián)，用于消除高頻噪聲以及避免產(chǎn)生振蕩。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的光耦合器電路，其特征在于，所述接收電路還包 括一發(fā)射極偏置電阻，其一端耦接至該光敏三極管的發(fā)射極，其另一端耦接至一接 地電壓。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的光耦合器電路，其特征在于，所述光敏三極管的 集電極耦接至一偏置電壓。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的光耦合器電路，其特征在于，所述發(fā)射電路包括 一發(fā)光二極管，其陰極耦接至一接地電壓，用于將流過該發(fā)光二極管的一電流轉(zhuǎn)化為該光信號(hào)；以及一電阻，其一端耦接至該電壓信號(hào)，其另一端耦接至該發(fā)光二極管的陽(yáng)極。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的光耦合器電路，其特征在于，所述信號(hào)放大電路 為一運(yùn)算放大器，具有第一輸入端，第二輸入端以及輸出端，第一輸入端耦接至一 參考電壓，其第二輸入端耦接至該光敏三極管的發(fā)射極，輸出端耦接至該反饋電阻。
7、 如權(quán)利要求6所述的光耦合器電路，其特征在于，所述電信號(hào)為一電壓， 運(yùn)算放大器將該電壓減去該參考電壓后放大所需倍數(shù)。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的光耦合器電路，其特征在于，所述信號(hào)放大電路 為一誤差放大器，具有第一輸入端，第二輸入端以及輸出端，第一輸入端耦接至一參考電壓，其第二輸入端耦接至該光敏三極管的發(fā)射集，輸出端耦接至該反饋電阻。
9、如權(quán)利要求8所述的光耦合器電路，其特征在于，所述電信號(hào)為一電壓，誤 差放大器首先將該電壓與該參考電壓作差值后放大該差值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光耦合器電路，包括發(fā)射電路、信號(hào)放大電路以及接收電路。發(fā)射電路用于依據(jù)電壓信號(hào)來發(fā)射光信號(hào)。信號(hào)放大電路具有輸入端及輸出端，用于放大電信號(hào)。接收電路包括光敏三極管和反饋電阻，光敏三極管具有集電極，發(fā)射集以及基極，發(fā)射極耦接至信號(hào)放大電路的輸入端，用于接收該光信號(hào)，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送給該信號(hào)放大電路。反饋電阻一端耦接至該光敏三極管的基極，另一端耦接至信號(hào)放大電路的輸出端，用于為光敏三極管提供補(bǔ)償。本發(fā)明因直接把光敏三極管的基極通過反饋電阻連接到信號(hào)放大器的輸出端，以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，最大帶寬可以改善到現(xiàn)有光耦合器的三到四倍，因此提高了其性能以及實(shí)用性。
文檔編號(hào)H03K17/78GK101459421SQ200710186590
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者劉士豪, 夏春華 申請(qǐng)人:英業(yè)達(dá)股份有限公司