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前兩天，開始我們樂創(chuàng)客第一塊開發(fā)板的設(shè)計，當我在進行電路設(shè)計時，我發(fā)現(xiàn)一些電路設(shè)計軟件的使用，一些電路設(shè)計的方案，一些創(chuàng)新的想法，一些元器件的選型這些都是可以記錄成文，并且分享出來一起討論的。因此從本節(jié)文字開始，正式開啟電路【電路設(shè)計筆記】的更新。當然，這里的部分電路是我用了非常多年的成熟電路，一些電路是我臨時創(chuàng)新想出的未經(jīng)過驗證的電路，這些沒有被驗證的電路我會指出來，大家閱讀時如果發(fā)現(xiàn)有問題也希望不吝指出。

前幾天發(fā)布了一篇關(guān)于使用光耦元器件來實現(xiàn)單片機 IO 口隔離的文章，那篇文章里只是簡單地介紹了選用光耦時的注意事項以及使用光耦搭建一個簡單的單片機輸出電路，本文繼續(xù)來介紹一些關(guān)于光耦更多的用法。以下內(nèi)容是書本上絕對沒有的知識，是我自身做安規(guī)時和認證公司 “斗智斗勇”的慘痛經(jīng)驗總結(jié)。

電氣間隙與爬電距離

而我們做安規(guī)的時候選用光耦，法規(guī)上也會特定對光耦的絕緣等級進行評估，這個評估的最好反應(yīng)就是光耦的爬電距離和電氣間隙。我們使用光耦的目的，其實就是隔離兩個用電部分的電氣關(guān)系，使其處于兩個獨立的電氣系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)隔離的目的，可以說隔離的最終本質(zhì)其實是使用光耦的電光 - 光電轉(zhuǎn)換原理使兩個電氣部分的控制端處于一種絕緣的狀態(tài)，但是又能達到控制的目的。而所有物體的絕緣都只是一個相對量而已，只要兩個電氣部分的電壓差過大，那么再強的絕緣也會被擊穿，這就好比是閃電擊穿空氣到達地面一樣。爬電距離是沿絕緣表面測得的兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備防護界面之間的最短路徑。即在不同的使用情況下，由于導(dǎo)體周圍的絕緣材料被電極化，導(dǎo)致絕緣材料呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。UL、CSA 和 VDE 安全標準強調(diào)了爬電距離的安全要求，這是為了防止器件間或器件和地之間打火從而威脅到人身安全。電氣間隙是在兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ姴考c設(shè)備防護界（如接 PE（保護地）外殼）之間測得的最小距離。

圖 1 爬電距離和電氣間隙

這也就是說，我們?nèi)绻@個光耦是選用在一個隔離系統(tǒng)中時，在今后做安規(guī)認證時，一定要事先將光耦的爬電距離和電氣間隙這兩個參數(shù)確定下來。比如醫(yī)療器械國家標準 GB9706.1（其實是借鑒了國際標準 IEC60601-1）里面就規(guī)定了某個測試條件下，兩個用電部分的電氣間隙和絕緣等級。

圖 2 絕緣類型和爬電距離

而在我們一些應(yīng)用中，比如開關(guān)電源，這種適配器的交流電壓側(cè)和輸出電壓側(cè)是完全隔離的，其中直流電壓的輸出被稱為“二次側(cè)”，交流電壓的輸入（網(wǎng)電源的輸入）被稱為“一次側(cè)”，一次側(cè)和二次側(cè)是完全隔離的，但是如何將一次側(cè)的能量傳給二次側(cè)呢？很簡單，就是高頻變壓器，而二次側(cè)的輸出電壓再通過光耦直接反饋給一次側(cè)進行環(huán)路控制。

圖 3反激電源拓撲

面對這樣的電路，這個光耦的安規(guī)特性在這里尤為重要，主要體現(xiàn)在要抗住一次側(cè)例如浪涌或者高壓的涌入，保護二次側(cè)的用電器和人。因此安規(guī)對這個光耦的爬電距離以及光耦之間的電氣間隙有了很高的要求。光耦的電氣間隙很好理解，就是其兩個引腳之間的距離，這個直接受光耦封裝的影響。而光耦的爬電距離計算起來就比較麻煩，最好的辦法就是實際去測量，但是封裝對其也是有影響的。這也就是為什么市面上的光耦發(fā)展了這么久，它們還是這么大的原因。這個以后在選用光耦的時候，一定要去重點了解你在行業(yè)安規(guī)要求的爬電距離是多少。為什么我一直強調(diào)爬電距離呢？因為電氣間隙非常好辦，直接開槽就可以解決，但是爬電距離是實實在在光耦本身的物理特性所決定的。有些行業(yè)特別注重這一特性，比如醫(yī)療行業(yè)，因此還有特別針對醫(yī)療行業(yè)生產(chǎn)的特殊封裝的光耦。

圖 4 光耦 OPI1264

除了考慮這些物理距離以外，根據(jù)你做認證的要求，還需要注意光耦自身的絕緣電壓。如下 PC817 的參數(shù)。

圖 5 光耦的絕緣電壓

比如這個光耦絕緣電壓 5000V，那么醫(yī)療認證 IEC60601-1 規(guī)定 MOOP 時候的絕緣電壓要達到 6000V，那么這個光耦顯然就無法被使用在設(shè)計中了。

光耦的輸出電流

還有一點可能最被大家忽略的是，選用光耦時一定要注意它的輸出電流。因為之前我們在用 TLP521 驅(qū)動一些中間繼電器時，由于中間繼電器需要很大的驅(qū)動電流，因此有時候根本打不開，后來更換了輸出電流較大的 TLP627 才解決了這個問題。所以大家選用時要注意，特別對于做工控和自動化的小伙伴們，中間繼電器可以你們的最愛啊。

圖 6光耦驅(qū)動繼電器

過零光耦

在我們平時控制的對象中，控制交流電壓時，會用到一種叫做“雙向可控硅”的元器件。比如，控制某個交流電熱絲，為了達到絕緣的目的，會使用光耦加雙向可控硅的方式來控制。但是雙向可控硅是一種非常神奇的器件，它能很輕松地被打開，但是想要關(guān)斷它卻很麻煩，需要可控硅里面流經(jīng)的電流為 0 時才能正常關(guān)閉。因此，有一種特殊的光耦叫做 MOC-3061 可以實現(xiàn)這個功能，它是一種“過零光耦”，即哪怕提前給光耦一個關(guān)閉雙向可控硅的信號，這個光耦會延遲直到雙向可控硅里面的電流為 0 時，再去執(zhí)行關(guān)閉的動作。