轻松吃透元器件数据手册（3）：光继电器工作原理及参数透彻详解

作者： Jackie Long

光电继电器是固态继电器，也称为光继电器。典型的电磁继电器依靠流过线圈的电流将铁芯变成磁体，吸引衔铁并移动相关触点。尽管光继电器控制负载的接通和断开，但它们没有触点。其工作原理与光耦合器类似，基本结构如下图所示。

发光二极管用于发射光线到光电元件，光电元件接收光线并控制输出场效应管的通断。光继电器也有晶闸管输出结构，负载电流比场效应管大，后者可达几安培，前者可达数十安培。

光继电器具有无限的寿命，因为没有触点磨损，并且具有无振动和无开关噪音等特性，并且与电磁继电器一样，它们可以与各种负载（灯泡、发光二极管、加热器、电机、 ETC。）。

（输出导通状态）当光继电器输入端所附的电池被取下时，输入端的发光二极管将不再发光，光电元件将不再受到光的照射，导致光继电器的电压升高。当光电元件提供的电压开始下降时，场效应管中的电荷通过控制电路迅速放电，场效应管停止导通，负载断开，灯泡不发光。

这个过程所需的时间称为复位时间toff（关断时间）。

（输出截止状态）当电池通过限流电阻连接到光继电器的输入端时，输入端的发光二极管发光，发光点亮光继电器的光电元件。光电元件根据光强将光转换成相应的光，同时控制电路对场效应管的栅极充电，当栅极电压达到导通时，场效应管的电压场效应管变化；场效应管开始导通，灯泡发光。

这个过程所花费的时间称为工作时间tON（开启时间）。

由于前级和后级采用光电耦合，输入输出之间的绝缘电阻Riso（绝缘电阻）很大，一般至少为1000M欧姆。

下图为光继电器正常工作时的输入部分。

外部电压V通过限流电阻R施加到发光二极管。当二极管正向导通时，输入电路中会产生正向电流IF（Forward current），并在二极管两端产生正向压降VF（LED dropout voltage），因此，通过调节限流电阻R ，正向电流可以调节并且具有以下关系。

正向电流的最大值约为几十毫安，但实际使用中不应超过数据表中列出的最大值。这可能会缩短发光二极管的寿命或对其造成损坏。

当外部电压从小值调整到大值时，正向电流会逐渐增大，发光二极管会从暗态变为亮态。光强度足以打开输出的最小电流称为LED 触发器。正向电流或工作电流IFON（LED工作电流）；同样，当光继电器输出打开时，外部电压由高到低调节，输出刚关闭时的最大电流就是LED关断时的电流当前。我打电话。 IFOFF（LED 关断电流）

相反，当在输入端的发光二极管上施加反向电压VR（LED反向电压）时，二极管进入截止状态，理想状态下环路电流变为零，但现实中却发生了反向截止由于后面的二极管的阻值有限，所以在输入环路中仍然存在恒定的反向漏电流IR（反向电流）。

在实际应用中，反向电压不应超过数据表中规定的最大值。如果不超过，二极管将发生反向击穿。

如果输入到发光二极管的光足以导通输出场效应管，则输出环路将产生环路电流。环路电流通常称为连续负载电流IO，是场效应管导通时的体电阻。导通状态称为输出电阻RON（导通电阻）。

当输出FET 关闭时，所有电池电压都施加在FET 上。此时允许的最大电压称为负载电压VOFF。在实际应用中，不应超过最大值。 FET 可能会损坏或磨损。

由于场效应晶体管关断时的实际电阻不是无穷大，因此输出电路中存在恒定的漏电流ILEAK（断态漏电流）。

既然是继电器，就必然需要触点结构，和电磁继电器一样，光继电器的触点结构通常有三种。

常开触点：A 型或NO（中国代号：H）

常闭触点：B型或NC型（中文代号：D）

开关触点（转换）：C型或CO型（中文代号：Z），这种触点结构可以理解为单刀双掷开关SPDT（Single-Pole Double-Throw）。

相应的符号如下所示。

实际的继电器可能会封装多个通道，因此有很多相应的触点类型。上述三种接触结构的组合

从上图可以看出，C 型可以认为是A 型和B 型的组合（单刀双掷开关总是一侧接触，同时另一侧断开）。当与光继电器结合使用时，它将如下所示。

此时，输入电阻R的值使用以下公式计算。

换句话说，输入回路包括两个串联发光二极管的正向压降。

其他类型的固态继电器将在稍后讨论。请稍等。又见面了好吗~~