光耦合器与光隔离器：原理、应用及隔离电压解析

光耦合器与光隔离器的核心作用

光耦合器（Optocoupler）又称光隔离器，是一种利用光信号实现电气隔离的电子元件。其核心功能是将输入端的电信号转换为光信号，通过绝缘介质传输至输出端，再还原为电信号。这种设计有效阻断了电路间的直接电连接，从而防止噪声、高压或地环路干扰，广泛应用于工业控制、电源管理与通信系统中。

工作原理详解

• 光电转换过程： 输入端的LED在电信号驱动下发光，光信号穿过透明绝缘层（如环氧树脂或硅胶）传递到输出端的光敏器件（如光敏三极管或光敏电阻）。
• 电气隔离机制： 输入与输出之间无物理导体连接，仅通过光传递信息，实现高达数千伏的隔离电压。
• 响应速度与带宽： 典型响应时间在微秒级，适用于中低速信号传输，部分高速光耦可达100 Mbps以上。

隔离电压的重要性

隔离电压（Isolation Voltage）是衡量光耦合器安全性能的关键指标，通常以峰值电压（V_iso）表示，单位为V_AC或V_DC。例如，常见的工业级光耦隔离电压可达5000 V_AC，确保在高电压环境中仍能稳定工作。

• 安全防护： 在开关电源、电机驱动等高压系统中，隔离电压可防止高压击穿，保护低压控制电路。
• EMI抑制： 隔离结构有效减少电磁干扰（EMI）的传播路径，提升系统抗干扰能力。
• 标准规范： 符合IEC 60747-5-2、UL 1577等国际认证标准，保障产品可靠性。

典型应用场景

光耦合器在多个领域发挥关键作用：

• 开关电源： 实现反馈信号的隔离传输，提高稳压精度与安全性。
• PLC与工业自动化： 隔离输入/输出信号，防止现场干扰影响控制器。
• 医疗设备： 保障患者与设备之间的电气安全，符合医疗级隔离要求。
• 通信接口： 用于RS-485、CAN总线等通信链路的信号隔离，增强抗干扰能力。