光耦合器与光隔离器：工作原理及在工业自动化中的应用解析

光耦合器与光隔离器的基本概念

光耦合器（Optocoupler）又称光隔离器，是一种通过光信号实现输入与输出电路之间电气隔离的电子元件。它由发光二极管（LED）和光敏接收器件（如光电晶体管、光敏电阻或光敏二极管）组成，封装在同一壳体内。其核心功能是将电信号转换为光信号，再由光信号还原为电信号，从而实现信号传输的同时阻断电流回路。

关键特性：高隔离电压

光耦合器最显著的优势之一是其具备极高的隔离电压能力，通常可达数千伏特（如2500VAC、5000VAC甚至更高）。这一特性使其在高压环境（如变频器、电源适配器、电机控制等）中广泛应用，有效防止高压干扰进入低压控制电路，保障系统安全。

应用场景举例

• 工业控制系统： 在PLC（可编程逻辑控制器）与执行机构之间提供电气隔离，避免信号串扰。
• 开关电源设计： 用于反馈回路中，实现初级与次级之间的信号传递，同时保持高压隔离。
• 医疗设备： 确保患者与设备之间的电隔离，提升安全性。
• 通信设备： 在长距离数据传输中减少地环路干扰。

选型注意事项

选择光耦合器时需关注以下参数：

• 隔离电压（Isolation Voltage）：确保满足系统安全标准（如IEC 60747-5-2）。
• 传输速率（Speed）：影响信号响应时间，适用于高速或低速场景。
• 共模瞬态抑制能力（CMTR）：衡量抗电磁干扰的能力。
• 工作温度范围与寿命：尤其在高温或高湿环境中需特别考虑。