Circuits intégrés d'optocoupleurs : Applications et sélection de composants

Pour les nouveaux concepteurs, un optocoupleur peut sembler avoir peu de rapport avec l'électronique, mais ce sont des dispositifs importants pour fournir une isolation entre différents blocs de circuits. Un circuit intégré d'optocoupleur intègre des éléments optiques qui agissent comme un simple interrupteur. Ils sont faciles à intégrer dans différents circuits et fournissent agréablement une isolation entre les blocs de circuits fonctionnant à différentes tensions. Ils sont également idéaux pour une utilisation dans des boucles de rétroaction entre différents blocs de circuits, surtout là où une isolation est requise. Certains optocoupleurs sont également conçus pour fournir une commutation à des taux de données élevés. Voici quelques options pour les circuits intégrés d'optocoupleurs que vous pouvez rapidement importer dans votre prochain système électrique ou électro-optique.

Qu'est-ce qu'un Optocoupleur ?

Très simplement, un optocoupleur intègre une LED infrarouge à côté d'un photodétecteur (généralement un phototransistor) et agit comme un interrupteur optique. Lorsque la LED reçoit un signal d'entrée, la LED s'allume et fournit des photons à la base du phototransistor. Cela active alors le phototransistor, permettant au courant de circuler à travers un circuit connecté. La LED peut fonctionner à un niveau différent de celui du phototransistor interne, ce qui permet une certaine isolation entre ces deux niveaux de signal. C'est une manière de conduire un signal de basse tension dans un bloc de circuit à haute tension sans utiliser d'amplificateur.

Symbole et Empreinte de l'Optocoupleur

Parce que ces composants sont des éléments optiques peu coûteux, ils fournissent agréablement une isolation électrique entre différents blocs de circuits sans conduire certaines formes d'EMI entre différents blocs de circuits. Cela ne veut pas dire qu'ils sont une solution miracle pour chaque problème de bruit, mais l'isolation qu'ils fournissent isole effectivement les systèmes à différentes tensions, ce qui a l'avantage agréable de supprimer le bruit de boucle de terre de deux portions d'un système. Des phototransistors NPN ou PNP peuvent être trouvés dans les circuits intégrés d'optocoupleurs.

Types de Circuits Intégrés d'Optocoupleurs

Les optocoupleurs peuvent utiliser d'autres éléments de commutation à part un phototransistor. Voici d'autres types de circuits intégrés d'optocoupleurs que vous trouverez sur le marché de l'électronique :

• Triac : Un CI optocoupleur avec un triac comme détecteur est utilisé dans les systèmes nécessitant une haute tension/courant de sortie. Ils ont une vitesse de réponse lente et sont les meilleurs pour les systèmes DC à haute tension nécessitant une sortie de courant élevée.

• Redresseur commandé au silicium (SCR) : Ces optocoupleurs fournissent également un gain élevé, similaire à un triac. Cependant, ils sont également assez lents et sont également les meilleurs pour les systèmes DC à tension/courant modérément élevés.

• Photodiode : Un optocoupleur avec une photodiode comme détecteur est courant dans les systèmes nécessitant une commutation rapide. Ces composants peuvent être utilisés lorsque la LED est commutée avec un flux d'impulsions numériques ou avec un signal AC. Une photodiode fournira un rapport de transfert de courant sortie-entrée très faible par rapport à un CI phototransistor typique.

• Phototransistor en paire Darlington : Ces optocoupleurs sont également utiles pour leur gain élevé et ils offrent parmi les plus hauts rapports de transfert de courant sortie-entrée.

• Photoresistor : Ils sont moins couramment utilisés car ils conduisent encore à l'état OFF. Ils ont également un faible rapport de transfert de courant sortie-entrée.

Spécifications importantes des CI optocoupleurs

Vous commencerez probablement par examiner le style de montage pour les CI optocoupleurs ; ils sont disponibles en boîtiers DIP à travers-trou ou en composants montés en surface. Cependant, il y a certaines spécifications importantes à examiner lors de la sélection d'un CI optocoupleur :

• Tension directe de la LED et courant de déclenchement. Cela vous indique comment vous devez alimenter votre LED d'entrée pour garantir qu'elle s'allume et fournit le comportement de commutation souhaité. Dans les optocoupleurs conçus pour être commutés avec un signal carré ou PWM, le courant direct maximal requis pour déclencher la commutation dépend de la largeur d'impulsion du signal à l'état ON. Des impulsions plus courtes nécessitent un courant de signal de crête plus important pour forcer le déclenchement.

• Rapport de courant sortie-entrée. Cela vous indique le transfert de courant entre chaque extrémité de l'optocoupleur. Notez que cela dépend de la tension collecteur-émetteur maximale absolue pour un optocoupleur à phototransistor.

• Courbe de tension directe vs courant direct. Cette spécification a la même signification que celle pour une LED standard, mais elle ne doit pas être confondue avec le courant de déclenchement.

• Variations de température. Ces spécifications sont assez importantes pour les systèmes de puissance car ils peuvent atteindre des températures élevées pendant le fonctionnement.

• Notations de sécurité et certification IEC/UL. Si vous concevez pour un système de puissance ou pour le transfert de données dans un environnement à haute tension près des réseaux AC, l'IEC 60747-5-2 est une norme importante à surveiller pour garantir que des tensions transitoires élevées peuvent être supportées. Vous devez suivre les directives de sécurité et d'isolation pour garantir votre conformité aux normes de sécurité.

• Taux de données ou vitesse de commutation. Les composants destinés à être utilisés dans les réseaux de données spécifieront normalement un taux de données maximal, bien qu'une vitesse de commutation ou une fréquence puisse également être spécifiée.

Voici quelques exemples de CI optocoupleurs que vous pouvez utiliser dans les systèmes DC et les applications à faible taux de données.

ON Semiconductor, FODM611

Le circuit intégré optocoupleur FODM611 de ON Semiconductor est un optocoupleur à canal unique conçu pour des taux de données allant jusqu'à 10 Mbps (NRZ, délai de propagation de 100 ns). Ce dispositif fournit une sortie à 5 V tout en offrant une haute immunité au bruit transitoire en mode commun, ce qui le rend idéal dans les réseaux industriels (systèmes CAN, RS485 et DeviceNet) ou les systèmes automobiles à basse vitesse. La commutation est déclenchée par une photodiode connectée à un tampon (voir ci-dessous).

Schéma fonctionnel et table de vérité, tirés de la fiche technique du FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

Le HCPL-7723-300E de Broadcom est conçu pour des taux de données plus élevés (50 MBaud avec un PWD maximum de 2 ns). Il intègre un pilote de LED CMOS, où le signal d'entrée active le pilote. La section détecteur se compose d'une photodiode, d'un amplificateur transimpédance à haute vitesse et d'un comparateur de tension avec un pilote de sortie.

Schéma fonctionnel et table de vérité, tirés de la fiche technique du HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

L'optocoupleur quadricanal PS2802-4 de Renesas utilise une paire Darlington phototransistor pour fournir un rapport de courant sortie-entrée élevé allant de 2 à 20 (jusqu'à 40 V de tension nominale collecteur-émetteur). Ce composant fournit 4 canaux en parallèle, le rendant utile dans les systèmes de gestion de puissance nécessitant une isolation entre une variété de tensions. Le courant obscur dans ce composant est aussi bas que 400 nA, donc très peu de puissance est gaspillée entre les événements de commutation dans un système à haute puissance. Ce composant est également disponible en variante monocanal (PS2802-1, voir ci-dessous).

Variants quadricanal et monocanal, tirés de la fiche technique du PS2802-4.

Une variété de systèmes peuvent bénéficier de l'utilisation de circuits intégrés optocoupleurs pour l'isolation, et vous pouvez trouver les composants dont vous avez besoin pour votre prochain système avec les fonctionnalités de recherche et de filtrage de composants d'Octopart.

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