MOC3021 是一款带双向可控硅输出的光耦合器。它通常用于驱动功率三端双向可控硅开关，以切换主电源操作的设备。三端双向可控硅开关只能用于交流电路。

您需要一个带有晶体管输出的光耦合器，最好是一个在输入端具有两个反并联 LED 的光耦合器。SFH620A就是这样的一部分。

反向并联的两个 LED 确保晶体管在电源的两个半周期都被激活。许多光耦合器只有 1 个 LED，它可以工作，但会在 20ms 的周期内为您提供 10ms 的输出脉冲，频率为 50Hz。在这种情况下，您还需要在输入端反并联一个二极管，以保护 LED 在反向极化时免受过压。

重要的是CTR或电流传输比，它表示对于给定的 LED 电流，晶体管将吸收多少输出电流。CTR 通常不是很高，但对于 SFH620A，我们可以选择最小值为 100% 的值，仅在 10mA 时，在 1mA 时只有 34%，因此 1mA in 意味着至少 340\$\mu\$A出去。

假设输出到 5V 微控制器，您将使用图中所示的 2k\$\Omega\$ 上拉电阻。根据数据表，如果晶体管关闭，它不会消耗电流，除了一个小的泄漏电流，最大 100nA。所以这将导致电阻两端的电压降为 200\$\mu\$V，这非常安全。

如果晶体管开启，并且它消耗 340\$\mu\$A，那么电阻上的电压降仅为 680mV，这对于获得低电平来说太低了。我们将不得不增加电阻值或电流。由于我们在泄漏电流上有很大的余量，我们可以安全地将电阻值增加到 15k\$\Omega\$。然后 340\$\mu\$A 将提供足够低的输出电压。（理论上5.1V压降，但只有5V可用，所以它会接地。）由于漏电流造成的压降仍然在1.5mV的限制范围内。

如果我们想在 1mA 时获得至少 34% 的 CTR，我们必须使用 SFH620A-3。

如果这将由直流电源控制，我们几乎可以完成。只需添加与 LED 串联的 R1，可能不需要 R2。然后 R1 \$\leq\$ (\$V_{IN}\$ - \$V_{LED}\$) / 1mA。

但我们必须处理 230V AC 输入信号。在过零处不会有任何电流，我们对此无能为力。我们如何才能在大部分周期内获得至少 1mA 的电流而不浪费太多功率？这是一个权衡。您可以将 1mA 用于最大电压，这只会给您一个小脉冲，但您会浪费最少的功率。或者您可以在大部分周期内使用 1mA，但是当电压最高时您将获得更多电流。假设我们希望在 10ms 半周期 (50Hz) 中至少有一个 9ms 脉冲。这意味着在 9° 相位直到 171° 的电流必须为 1mA。230V AC 是 325V 峰值，但我们必须考虑 -6% 的容差，所以这是 306V 的最小值。306V \$\times\$ sin(9°) = 48V。R1 \$\leq\$ (48V - 1.65V) / 1mA = 46.2k\$\Omega\$。（1.65V 是 LED 的最大电压。) 最接近的 E24 值为 43k\$\Omega\$。然后我们在 9° 相位有超过 1mA 的电流，但在电压最大值时是多少。为此，我们必须使用最大的正公差。10%。那么峰值电压为 230V \$\times\$ \$\sqrt{2}\$ \$\times\$ 110% = 358V。最大电流为 (358V - 1.25V) / 43k\$\Omega\$ = 8.3mA。（1.25V 是 LED 的标称电压）。这远低于光耦合器的极限。

我们将无法仅使用 1 个电阻器来做到这一点。它可能无法承受高压，并且可能还有功耗问题，我们稍后会讨论。电阻两端的峰值电压为 357V。MFR-25电阻的最大额定电压为 250V，因此我们需要至少 2 个串联。权力呢？43k\$\Omega\$ 中的 230V+10% 为 1.49W。MFR-25 的额定功率仅为 1/4W，因此其中两个不行。现在您可以选择串联更多，但必须至少为 6 个，或者选择更高额定值的电阻器。MFR1WS（相同的数据表）的额定功率为 1W，因此串联 2 个即可。请记住，我们必须将电阻值除以 2：21.5k\$\Omega\$，这不是 E24 值。我们可以选择最接近的 E24 值并检查我们的计算，或者选择 E96。让'

就是这样，伙计们。:-)

编辑
我在评论中建议还有更多需要考虑，这个答案很可能是 3 倍。例如，AVR 的 I/O 引脚的输入泄漏电流可能是晶体管的十倍。（别担心，我检查过了，我们很安全。）

为什么我没有选择具有达林顿输出的光耦合器？他们的点击率要高得多。
主要原因是达林顿的饱和电压远高于普通 BJT。例如，对于这个光耦合器，它可以高达 1V。对于ATmega16L，您使用的低电平最大输入电压为 0.2 \$\times\$ \$V_{DD}\$，或在 3.3V 电源下为 0.66V。1V太高了。这是主要原因。
另一个原因可能是它可能没有真正的帮助。我们做有足够的输出电流，只是1mA的输入电流太高了，我们需要给它们加功率电阻。如果它们也仅指定为 1mA，则达林顿不一定能解决这个问题。在 600% CTR 时，我们会得到 6mA 的集电极电流，但我们不需要。我们不能对 1mA in 做点什么吗？大概。对于光耦合器，我提到的电气特性只谈论 1mA。数据表中有一个图表，图 5：CTR 与正向电流的关系，显示 0.1mA 时的 CTR 超过 300%。你必须小心这些图表。虽然表格通常会为您提供最小值和/或最大值，但图表通常会为您提供典型值。您可能有 300%，但可能会更低。低多少？它没有说。如果你只生产一种产品，你可以尝试，但你可以'
它可能会起作用。假设您使用 100\$\mu\$A in，并且在相对安全的 CTR 值为 100% 时，您将有 100\$\mu\$A out。您将不得不再次进行计算，但您的主要优势将是输入电阻器只会消耗 150mW，而不是 1.5W。这是值得的。

在我的另一个答案中，我解释了为什么我没有在那里使用达林顿光耦合器：主要原因是达林顿的饱和电压，它比普通 BJT 高得多，它可以高达 1 V。对于 ATmega16L 你'低电平时使用的最大输入电压为 0.2 × VDD，或 3.3 V 电源时为 0.66 V。1 V 太高了。

但这不是无法修复的东西，它只需要几个额外的组件。同时，我们也会对 1 mA 输入电流做一些事情。

从输入电流开始，我们必须使用 1 mA，因为数据表没有提到任何更低的值，然后你可以尝试一下，但你自己一个人，不能保证。然而， FOD816的数据表有一个有趣的图表。

就是那个。这个确实为低至 100 µA 的输入电流提供了 CTR，甚至更高：350%（记住这是一个达林顿）。但是你必须小心这些图表。虽然表格通常会为您提供最小值或最大值，但除非另有说明，否则此类图表将为您提供典型值。那么最低限度是多少？我们不知道，但 100% 是安全的。让我们更加安全并假设 CTR 为 50%。因此，对于 100 µA 的输入，我们将得到 50 µA 的输出。让我们看看这是否足够。

这是修改后的输出级。U1 的晶体管是光电达林顿晶体管，开启时提供 50 µA 电流。让我们为 R4 选择 10 µA，因此其值为 0.6 V/10 µA = 60 kΩ。稍后我会回到 R4 的功能。

然后我们有 40 µA 剩余用于 T1 的基极电流。如果我们为此选择一个BC857A，我们的 \$H_{FE}\$ 最小为 125，因此我们的集电极电流最小为 5 mA。最小 660 Ω 的 R5 足以使输出变低。由于我们驱动的是高阻抗微控制器输入，因此我们不需要 5 mA，不妨选择 15 kΩ，从而将电流限制在 220 µA。控制器端口的 1 µA 输入泄漏只会导致 15 mV 的压降，所以没关系。

R3的作用是什么？它通常用于限制基极电流，但达林顿不是已经这样做了吗？是的，确实如此，但价值可能会很高。在我的另一个答案中，我计算出峰值 LED 电流可能高达 8.3 mA，在我们的低功率版本中将变为 830 µA。我们以 50% 的安全 CTR 值计算，但通常为 350%，最大值可能更高。830 µA \$\times\$ 350 = 290 mA，这对于那个可怜的 BC857A 来说太多了。因此，我们将通过为 R3 选择 15 kΩ 值将其限制为 100 µA。

R4仍然需要一些解释。假设我们省略它。然后所有达林顿的电流都流向 T1。关闭 FOD816 的漏电流（在数据表中称为“暗电流”）可高达 1 µA。T1 将在最坏情况下将其放大至最大 250 µA，这足以在 R5 上降低 3.3 V。所以输出可能会一直很低。
我们为 R4 选择了 60 kΩ 的值。然后只要其两端的电压降小于 0.6 V，所有达林顿电流将通过 R4，而不会通过 T1，因为未达到最小基极-发射极电压。那是 10 µA。所以 1 µA 暗电流只会导致 60 mV 的压降，而不会产生基极电流。

我们的所有组件都有值，唯一剩下的就是将输入电阻增加到 220 kΩ。您可以为此使用 1/4 W 电阻器。

要计算电路的参数，请从输出所需的内容开始，然后向后工作。10 kΩ 是输出上拉电阻的好值。除非您有不寻常的要求，例如需要低功耗的电池操作，否则 10 kΩ 是在足够低以将线路拉高以防止泄漏和合理噪声之间的良好折衷，但又不会低到需要太多电流。

当光电器件中的输出晶体管打开时，它会在 Rc 上施加最多 3.3 V 的电压。3.3 V / 10 kΩ = 330 µA，这是晶体管必须能够吸收的最小电流。你需要一些额外的东西，这样当它应该很低时，它就会被固定在很低的位置。我会说它至少应该能够吸收 500 µA，但我会使用 1 mA，除非您有特殊原因将其关闭。

现在我们知道输出必须吸收 1 mA，我们查看光电器件的数据表，看看我们需要如何驱动它以输出 1 mA。您正在使用这部分的“-3”变体，根据数据表的第一页，它的最低保证电流传输比为 100%。这意味着晶体管可以吸收至少与您通过其中一个 LED 一样多的电流。但是，请注意 CTR 规格上方的小“±10 mA”。这实际上是说，如果您通过 LED 输入 10 mA 电流，那么晶体管将能够吸收至少 10 mA 的电流。它实际上并没有承诺任何其他输入电流。

通过数据表查看更多信息，您可以在第 3 页顶部找到更多信息。这里它们实际上显示了 1 mA 输入的 CTR。请注意，现在它只能保证为 34%。这意味着要获得 1 mA 输出灌电流能力，您必须以 1 mA / 34% = 2.9 mA 驱动 LED，因此我们的目标是绝对最小值为 3 mA。

您说必须感应的电压是 230 V AC。由于那是正弦波，它的峰值为 325 V。光电的输出信号进入微，因此无需在通电时为稳定信号。事实上，微机能够摆脱短暂的中断和故障是一个好主意。我可能会保留一个计数器，当信号关闭时每毫秒递减一次，并在打开时重置为 50 之类的值。这意味着您必须在 50 毫秒内没有看到任何信号才能宣布电源已关闭。所需要的只是在生产线周期的峰值出现一点点，这个系统就可以正常工作。请注意，在 50 Hz 功率下，线路周期峰值每 10 ms 出现一次。

所以让我们看看我们在哪里。当电源电压为 325 V 时，我们希望通过 LED 的电流至少为 3 mA。LED 将下降至 1.65 V（第 2 页底部表格的顶部），这仍应在最低合理的电源线电压下工作. 让我们的目标是能够检测到 200 VAC 最小值，即 283 V 峰值和 LED 下降后的 281 V。281 V / 3 mA = 94 kΩ。从理论上讲，这就是与 LED 串联以在每个功率峰值至少触发一次输出所需的全部内容。

在实践中，添加一些边距是个好主意。您希望在每个半周期的合理有限部分内断言输出，而不仅仅是保证在一个小瞬间开启。考虑到所有这些，我将电阻大致减半至 47 kΩ。这将在所有合理条件下稳定地打开输出，并具有显着的余量。

您可能认为这就是您需要做的所有事情，但等等，还有更多。想想在高线电压下会发生什么，比如 240 V。峰值为 340 V，这将导致通过 LED 的电流为 7.2 mA。您必须检查允许的最大 LED 电流，即 60 mA，这样就可以了。但是，请考虑电阻器的功耗。如果我们说最坏情况下的线路电压是 240 V，那么进入电阻器的功率（忽略 LED 压降）是 (240 V) ² / 47 kΩ = 1.23 W。那应该至少是一个“2 W”电阻器然后，它会变得明显温暖。

另一个问题是需要考虑电阻器的额定电压。它需要能够承受 340 V 峰值，因此总体而言，您需要一个额定功率为 2 W 和 400 V 的 47 kΩ 电阻器。这些可以找到，但串联使用多个电阻器可能更简单。这分散了串联电阻器之间的峰值电压和功耗。四个 12 kΩ 电阻器可以做到这一点，并且只会消耗 300 mW，每个电阻器的电压为 85 V。这将比单个电阻器更容易找到且更便宜，除非这是一种批量产品，您可以在其中大量购买东西。因此，所问问题的答案是将四个普通的 12 kΩ 1/2 瓦电阻与 LED 串联。

请注意，当您显示 R1 和 R2 时，这些不需要在光电器件的每一侧分开。只需要在某个地方与 LED 串联一个电阻即可。由于在这种情况下，该电阻恰好由四个单独的电阻组成，因此您可以以任何您喜欢的方式将它们分开，以使电路的高压侧以机械方式工作得最好。优选地，它们将是端到端的，以使高压的爬电路径最大化并散布热量。

但是，我不太喜欢这种应用中的光耦合器，因为它的电流传输比如此之低，这迫使我们提供大量 LED 电流，从而导致电阻器消耗大量功率。对于这种高电流传输比有用而速度并不重要的应用，我喜欢便宜且可用的 FOD817。这部分的 D 版本在 5 mA 时保证 CTR 为 3x。他们没有确切说明您得到 1 mA 的电流，但可以肯定的是，输出可以在 1 mA 输入时吸收至少 1 mA 的电流。

FOD817 有一个 LED，但这很容易处理（FOD814 有背靠背的 LED，但不太可用，并且没有一些更高增益的变体）。使用上述 50 ms 方案，如果您在每个线路周期（即每 20 ms）获得一次脉冲，则没有问题。除了电阻之外，还要在 LED 上串联一个二极管，并在 LED 上加一个高阻值电阻，以确保它不会因为一点点二极管泄漏而看到高反向电压。100 kΩ 很好，并且足够高，以至于它的电流与我们的其他计算无关。这样做的另一个优点是，不仅由于需要更少的 LED 电流而获得更低的功耗，而且由于 LED 仅在一个方向上被驱动，您还可以将功率降低两倍。

所以这是我的最终答案：

如果您正在为此类应用寻找非常高的点击率，请查看Liteon LTV-8xxx 系列。最低 600% 在 1mA 中频。