3.8 光耦

在ATX电源中，最常见的光耦为PC817，其内部结构如图3-56所示。

光耦是一种以光信号来实现物理隔离的信号传递元件。其内部集成一个“光二极管”和一个“光三极管”（NPN型的光敏三极管）。“光二极管”和“光三极管”在实际电路中都工作在振荡状态。

既然光耦属于物理隔离元件，那么我们立刻就应该想到一个问题：光耦隔离的是什么？换句话说，在实际电路中，光耦的两侧又分别属于何种电路？

我们首先根据光耦的内部结构图介绍光耦的工作原理及过程。

当在光耦的1脚和2脚之间加上一个正偏（1脚正、2脚负）的电压后，光耦内部集成的光二极管中就会有正向电流流过，此时，光二极管将发出一个光信号（此时的光二极管就是一个发光二极管，考虑其发出的光信号是否为可见光是无意义的）。当光三极管接收到（实际上是通过光三极管的光敏基极）这个光信号之后，就会使4脚到3脚开始导通。而且，当光耦的1脚和2脚之间的正偏电压越大，光二极管中流过的电流强度越强，光二极管发出的光信号越强，光三极管通过其光敏基极接收到的导通信号越强，最终将导致4脚和3脚之间的导通程度越大。

从光耦的工作原理不难看出，它与其他基本元件有一个显著的区别：光耦是直接以光信号而非电流来完成信号传递过程的。从物理上来看，光二极管和光三极管中间的光路实际上是一种隔离。这种隔离被巧妙地运用在开关电源中的反馈电路和稳压电路之间，既起到了将反馈电路获取的实际输出电压大小的信号传递给稳压电路的作用，又起到了利用光路隔离的物理形式将反馈电路和稳压电路隔离开的作用。

综上所述，光耦中的光二极管属于反馈电路，光耦中的光三极管属于稳压电路。光耦的两侧分别是整个电源的反馈电路和稳压电路。

在ATX电源中，光耦主要使用在辅助电源部分。因此，光耦通常布置在辅助变压器的周边，并与属于反馈电路的分压电阻、431精密稳压器、辅助变压器的正反馈绕组等联用。

接下来，我们探讨用万用表和可调电源测量光耦好坏的过程和方法。

在光耦的内部结构图中，我们已经知道了光耦是由光二极管和光三极管构成的。既然光耦的1脚和2脚之间是一个光二极管，那么我们能否使用万用表的二极管挡来测量这个二极管PN结正偏及反偏时的压降呢？答案当然是肯定的，此时，光二极管的测量表现应与普通二极管完全相同。

请读者从一个好的ATX电源上拆下一个光耦，自己实测。笔者实测的结果是正偏1.07V（红表笔接1脚，黑表笔接2脚），反偏无穷大（红表笔接2脚，黑表笔接1脚）。

接下来的问题是，如何测量光三极管的好坏。要测量光三极管的好坏，其实就是需要判断在光二极管发出光信号之后光三极管的集电极到发射极是否开始导通。这也可以通过利用万用表测量4脚到3脚（注意方向性）之间的二极管挡压降来判断。

为了事先令光二极管发光，笔者使用了可调电源作为补充测量仪器。对于没有可调电源的读者，可使用第二块万用表的二极管挡表笔电压提供或偏置电源（一节5号电池即可，1.3V左右）提供。

将可调正接光耦的1脚，可调负接光耦的2脚（若使用第二块万用表，则红表笔接1脚，黑表笔接2脚；若使用偏置电源，则电源正接1脚，电源负接2脚，其缺点是无法连续测量，用途有限）。将万用表设置到二极管挡，红表笔接4脚，黑表笔接3脚。将可调的电流门限值设置为1mA，电压门限值设置为5V。并按照1mA的步长连续调高可调的电流门限值，观察万用表显示的4脚和3脚之间的实际压降变化。

笔者实测的某光耦的数据如表3-6所示。

因为在某型817中见到其允许最大正向压降为1.4V，因此实测到1.4V为止。

从表3-6中的数据不难看出：随着光二极管中流过的电流的增大，此光耦光三极管集电极到发射极之间的导通程度的确在变大（万用表显示的实际压降是减小的）。因此，我们可以得出结论，此光耦的实际测量表现与我们先前分析光耦工作过程是一致的，可以认为这是一个比较正常的光耦。

特别值得注意的是，从表3-6中的数据不难看出，817光耦光三极管的集电极到发射极之间的导通程度是可以连续变大的。这个特点对于稳压而言是非常重要的。这就是所谓的线性光耦。

下面介绍光耦的稳压过程。

光耦参与稳压的过程可以类比为水龙头对水流的节流（控制水流的大小）过程，两者的实际过程虽有本质区别，但结果相同，都是对电能/水流大小的控制。

在水龙头节流过程中，水龙头的阀门开闭状态可以处于关闭、部分打开、全部打开三种状态。如果水龙头的阀门处于关闭状态，那么就等于没有水的流出。如果处于部分打开状态，则此时的水流实际上是处于中等可调节的状态。如果处于全部打开状态，则水流最大。

对于光耦而言，控制的是电流/电能。如果光耦处于关闭（这里的关闭对应着关闭电能的输出）的状态，则应定义为光耦1脚和2脚之间的光二极管中流过的电流已经达到其允许流过的最大电流，光耦4脚和3脚之间的光三极管也已经达到最大的导通程度，开关管会被最大限度地截止。

如果光耦处于部分打开的状态，则应定义为光耦1脚和2脚之间的光二极管中流过的电流应在零与允许流过的最大电流之间，光耦4脚和3脚之间的光三极管也处于中等导通程度，开关管的导通与截止处于光耦的实时控制之中。这个状态才是光耦在正常电源中的正常工作状态。

如果光耦处于全部打开（这里的全部打开对应着最大开启电能输入）的状态，则应定义为光耦1脚和2脚之间的光二极管中流过的电流为零，光耦4脚和3脚之间的光三极管也处于不导通的状态。这意味光耦实际上是失效或不存在的，因为光耦已经无法通过4脚和3脚的导通起到控制开关管的截止作用了。而无法截止的开关管显然是非常危险的，开关管、熔断器、变压器的初级绕组中的一个或全部一定会因为不受光耦控制的急剧增大的初级电流而烧毁。

综上所述，光耦在稳压电路中主要起到在接收到反馈电路要求关闭开关管的信号（通过光耦1脚、2脚之间的压降）之后，利用光耦4脚到3脚之间的导通来间接（中间还有一个直接负责拉低开关管控制极的三极管）关闭开关管的作用。稳压过程还涉及负载的变化，笔者会在其他章节补充介绍。

光耦的稳压过程提示我们在实际维修时如果发现开关管、熔断器、变压器的初级绕组有烧毁等严重短路故障时，是不能仅仅以替换良品开关管、良品熔断器、良品变压器为维修终点的，因为我们还没有找到大电流流经开关管、熔断器、变压器的初级绕组并使其烧毁的真正原因，这就是为什么很多初学维修的人更换良品后通电即烧熔断器的原因。我们必须再次检查光耦及直接负责拉低开关管控制极的三极管是否完好。

最后，某ATX电源良品5VSB电路的光耦在板侧实测其1脚和2脚之间的压降为459.3mV。