Optocoupler ICs: Applicazioni e Selezione dei Componenti

Per i nuovi progettisti, un optoaccoppiatore potrebbe sembrare avere poco a che fare con l'elettronica, ma sono dispositivi importanti per fornire isolamento tra diversi blocchi di circuito. Un IC optoaccoppiatore integra elementi ottici che agiscono come un semplice interruttore. Sono facili da integrare in diversi circuiti e forniscono in modo efficace isolamento tra blocchi di circuito che operano a tensioni diverse. Sono anche ideali per l'uso nei cicli di feedback tra diversi blocchi di circuito, specialmente dove è richiesto l'isolamento. Alcuni optoaccoppiatori sono anche progettati per fornire commutazione ad alte velocità di trasmissione dati. Ecco alcune opzioni per IC optoaccoppiatori che puoi importare rapidamente nel tuo prossimo sistema elettrico o elettro-ottico.

Che cos'è un Optoaccoppiatore?

Molto semplicemente, un optoaccoppiatore integra un LED infrarosso insieme a un fotodetettore (solitamente un fototransistor) e agisce come un interruttore ottico. Quando il LED riceve un segnale di ingresso, si accende e fornisce fotoni alla base del fototransistor. Questo a sua volta attiva il fototransistor, permettendo la corrente di fluire attraverso un circuito connesso. Il LED può operare a un livello diverso rispetto al fototransistor interno, il che permette un certo isolamento tra questi due livelli di segnale. Questo è un modo per condurre un segnale a bassa tensione in un blocco di circuito ad alta tensione senza usare un amplificatore.

Simbolo e Footprint dell'Optoaccoppiatore

Poiché questi componenti sono elementi ottici economici, forniscono in modo efficace isolamento elettrico tra diversi blocchi di circuito senza condurre certe forme di EMI tra i diversi blocchi di circuito. Questo non vuol dire che siano una soluzione universale per ogni problema di rumore, ma l'isolamento che forniscono isola sistemi a tensioni diverse, il che ha il bel vantaggio di sopprimere il rumore del loop di terra tra due parti di un sistema. Fototransistor NPN o PNP possono essere trovati negli IC optoaccoppiatori.

Tipi di IC Optoaccoppiatori

Gli optoaccoppiatori possono utilizzare elementi di commutazione diversi da un fototransistor. Ecco altri tipi di IC optoaccoppiatori che troverai sul mercato dell'elettronica:

• Triac: Un IC optoisolatore con un triac come rilevatore viene utilizzato in sistemi che richiedono alta tensione/corrente in uscita. Hanno una velocità di risposta lenta e sono migliori per sistemi DC ad alta tensione che richiedono un'alta corrente in uscita.

• Raddrizzatore controllato al silicio (SCR): Anche questi optoisolatori forniscono un alto guadagno, simile a un triac. Tuttavia, sono anch'essi piuttosto lenti e sono migliori per sistemi DC a tensione/corrente moderatamente alta.

• Fotodiodo: Un optoisolatore con un fotodiodo come rilevatore è comune in sistemi che necessitano di commutazione rapida. Questi componenti possono essere utilizzati quando il LED viene commutato con una serie di impulsi digitali o con un segnale AC. Un fotodiodo fornirà un rapporto di trasferimento corrente in uscita-in ingresso molto basso rispetto a un tipico IC fototransistor.

• Coppia Darlington fototransistor: Anche questi optoisolatori sono utili per il loro alto guadagno e offrono tra i più alti rapporti di trasferimento corrente in uscita-in ingresso.

• Fotoresistore: Sono meno comunemente utilizzati poiché conducono ancora nello stato OFF. Hanno anche un basso rapporto di trasferimento corrente in uscita-in ingresso.

Specifiche importanti degli IC optoisolatori

Probabilmente inizierai guardando lo stile di montaggio per gli IC optoisolatori; sono disponibili in pacchetti DIP attraverso foro o come componenti montati in superficie. Tuttavia, ci sono alcune specifiche importanti che dovrebbero essere esaminate quando si seleziona un IC optoisolatore:

• Tensione diretta del LED e corrente di attivazione. Questo ti dice come devi alimentare il tuo LED in ingresso per garantire che si accenda e fornisca il comportamento di commutazione desiderato. Negli optoisolatori progettati per essere commutati con un'onda quadra o un segnale PWM, la corrente di picco in avanti richiesta per attivare la commutazione dipende dalla larghezza dell'impulso del segnale nello stato ON. Impulsi più corti richiedono una corrente di segnale di picco maggiore per forzare l'attivazione.

• Rapporto corrente in uscita-in ingresso. Questo ti dice il trasferimento di corrente tra ciascuna estremità dell'optoisolatore. Nota che questo è dipendente dalla tensione massima assoluta collettore-emettitore per un optoisolatore fototransistor.

• Curva tensione diretta vs corrente diretta. Questa specifica ha lo stesso significato di quella per un LED standard, ma non deve essere confusa con la corrente di attivazione.

• Variazioni di temperatura. Queste specifiche sono piuttosto importanti per i sistemi di alimentazione poiché possono raggiungere temperature elevate durante il funzionamento.

• Valutazioni di sicurezza e certificazione IEC/UL. Se stai progettando per un sistema di alimentazione o per il trasferimento dati in un ambiente ad alta tensione vicino alle reti AC, IEC 60747-5-2 è uno standard importante da monitorare per garantire che si possano sopportare alte tensioni transitorie. Devi seguire le linee guida di sicurezza e isolamento per garantire di essere conforme agli standard di sicurezza.

• Velocità di trasmissione dati o velocità di commutazione. I componenti destinati all'uso in reti dati specificano normalmente una velocità massima di trasmissione dati, anche se potrebbe essere specificata anche una velocità di commutazione o frequenza.

Ecco alcuni esempi di IC optoisolatori che puoi utilizzare in sistemi DC e applicazioni a bassa velocità di trasmissione dati.

ON Semiconductor, FODM611

Il FODM611 optocoupler IC di ON Semiconductor è un optoaccoppiatore a singolo canale valutato per una velocità di trasmissione dati fino a 10 Mbps (NRZ, ritardo di propagazione di 100 ns). Questo dispositivo fornisce un'uscita a 5 V offrendo al contempo un'elevata immunità al rumore transitorio in modo comune, rendendolo ideale in reti industriali (sistemi CAN, RS485 e DeviceNet) o sistemi automobilistici a bassa velocità. La commutazione è attivata da un fotodiodo connesso a un buffer (vedi sotto).

Schema funzionale e tabella di verità, dal datasheet FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

L'HCPL-7723-300E di Broadcom è progettato per velocità di trasmissione dati superiori (50 MBaud con un PWD massimo di 2 ns). Presenta un driver LED CMOS integrato, dove il segnale di ingresso attiva il driver. La sezione del rilevatore consiste in un fotodiodo, un amplificatore di transimpedenza ad alta velocità e un comparatore di tensione con un driver di uscita.

Schema funzionale e tabella di verità, dal datasheet HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

Il PS2802-4 optocoupler quad-channel di Renesas utilizza un fototransistor a coppia Darlington per fornire un alto rapporto corrente di uscita-input che varia da 2 a 20 (con tensione nominale collettore-emettitore fino a 40 V). Questo componente fornisce 4 canali in parallelo, rendendolo utile nei sistemi di gestione della potenza che richiedono isolamento tra una varietà di tensioni. La corrente oscura in questo componente è bassa fino a 400 nA, quindi si spreca molto poca potenza tra gli eventi di commutazione in un sistema ad alta potenza. Questo componente è disponibile anche come variante a singolo canale (PS2802-1, vedi sotto).

Varianti a quad-channel e singolo canale, dal datasheet PS2802-4.

Una varietà di sistemi può beneficiare dell'uso di IC optocoupler per l'isolamento, e puoi trovare i componenti di cui hai bisogno per il tuo prossimo sistema con le funzionalità di ricerca e filtraggio componenti di Octopart.

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