옵토커플러 IC: 응용 분야 및 구성 요소 선택

새로운 디자이너들에게 옵토커플러는 전자와는 별로 관련이 없어 보일 수 있지만, 다른 회로 블록 사이의 격리를 제공하는 중요한 장치입니다. 옵토커플러 IC는 간단한 스위치처럼 작동하는 광학 요소를 통합합니다. 다른 전압에서 작동하는 회로 블록 사이의 격리를 쉽게 제공하면서 다양한 회로에 쉽게 도입할 수 있습니다. 또한 격리가 필요한 다른 회로 블록 사이의 피드백 루프에 사용하기에 이상적입니다. 일부 옵토커플러는 높은 데이터 속도에서 스위칭을 제공하도록 설계되기도 합니다. 다음은 다음 전기 또는 전기-광학 시스템에 빠르게 가져올 수 있는 옵토커플러 IC 옵션입니다.

옵토커플러란?

매우 간단하게, 옵토커플러는 적외선 LED와 광검출기(보통 포토트랜지스터)를 통합하고 광학 스위치처럼 작동합니다. LED가 입력 신호를 받으면 LED가 켜지고 포토트랜지스터의 베이스에 광자를 공급합니다. 이것은 포토트랜지스터를 켜서 연결된 회로를 통해 전류가 흐르게 합니다. LED는 내부 포토트랜지스터와 다른 레벨에서 작동할 수 있으며, 이는 이 두 신호 레벨 사이에 일부 격리를 허용합니다. 이것은 증폭기를 사용하지 않고 저전압 신호를 고전압 회로 블록으로 전달하는 한 가지 방법입니다.

옵토커플러 심볼 및 풋프린트

이러한 구성 요소는 저렴한 광학 요소이기 때문에, 다른 회로 블록 사이에 전기적 격리를 잘 제공하며, 다른 회로 블록 사이에 특정 형태의 EMI를 전도하지 않습니다. 이것이 모든 노이즈 문제에 대한 만병통치약이라고 말하는 것은 아니지만, 제공하는 격리는 서로 다른 전압에서 시스템을 격리하는 좋은 이점을 가지며, 시스템의 두 부분에서 발생하는 그라운드 루프 노이즈를 억제하는 데 도움이 됩니다. NPN 또는 PNP 포토트랜지스터는 옵토커플러 IC에서 찾을 수 있습니다.

옵토커플러 IC의 유형

옵토커플러는 포토트랜지스터 이외의 다른 스위칭 요소를 사용할 수 있습니다. 전자 시장에서 찾을 수 있는 옵토커플러 IC의 다른 유형은 다음과 같습니다:

• 트라이악: 트라이악을 검출기로 사용하는 옵토커플러 IC는 높은 출력 전압/전류가 필요한 시스템에서 사용됩니다. 이들은 반응 속도가 느리며 높은 전류 출력이 필요한 고전압 DC 시스템에 가장 적합합니다.

• 실리콘 제어 정류기 (SCR): 이 옵토커플러들 또한 트라이악과 유사한 높은 이득을 제공합니다. 하지만, 이들 또한 상당히 느리며 중간 정도의 고전압/전류 DC 시스템에 가장 적합합니다.

• 포토다이오드: 검출기로 포토다이오드를 사용하는 옵토커플러는 빠른 스위칭이 필요한 시스템에서 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 구성 요소는 LED가 디지털 펄스의 스트림이나 AC 신호로 스위치될 때 사용될 수 있습니다. 포토다이오드는 일반적인 포토트랜지스터 IC에 비해 매우 낮은 출력-입력 전류 전달 비율을 제공합니다.

• 달링턴 쌍 포토트랜지스터: 이 옵토커플러들 또한 높은 이득으로 유용하며 가장 높은 출력-입력 전류 전달 비율을 제공합니다.

• 포토레지스터: 이들은 OFF 상태에서도 여전히 전도되기 때문에 덜 일반적으로 사용됩니다. 또한 낮은 출력-입력 전류 전달 비율을 가집니다.

중요한 옵토커플러 IC 사양

옵토커플러 IC를 선택할 때는 먼저 마운팅 스타일을 살펴볼 것입니다; 이들은 스루홀 DIP 패키지 또는 표면 실장 구성 요소로 제공됩니다. 하지만, 옵토커플러 IC를 선택할 때 검토해야 할 몇 가지 중요한 사양이 있습니다:

• LED 전방 전압 및 트리거 전류. 이는 원하는 스위칭 동작을 제공하기 위해 입력 LED를 어떻게 전원 공급해야 하는지 알려줍니다. 사각파 또는 PWM 신호로 스위치될 것으로 설계된 옵토커플러에서는 ON 상태에서 신호의 펄스 폭에 따라 스위치를 트리거하는 데 필요한 최대 전방 전류가 달라집니다. 짧은 펄스는 트리거를 강제하기 위해 더 큰 최대 신호 전류를 요구합니다.

• 출력-입력 전류 비율. 이는 옵토커플러의 각 끝 사이의 전류 전달을 알려줍니다. 이는 포토트랜지스터 옵토커플러의 절대 최대 콜렉터-에미터 전압에 따라 달라집니다.

• 전방 전압 대 전방 전류 곡선. 이 사양은 표준 LED에 대한 것과 같은 의미를 가지지만, 트리거 전류와 혼동해서는 안 됩니다.

• 온도 변화. 이 사양은 운영 중에 고온에 도달할 수 있는 전력 시스템에 매우 중요합니다.

• 안전 등급 및 IEC/UL 인증. AC 주 전원 근처의 고전압 환경에서 전력 시스템이나 데이터 전송을 위해 설계하는 경우, 고전압 트랜지언트를 견딜 수 있도록 보장하기 위해 주시해야 할 중요한 표준 중 하나는 IEC 60747-5-2입니다. 안전 기준을 준수하도록 안전 및 절연 지침을 따라야 합니다.

• 데이터 속도 또는 스위치 속도. 데이터 네트워크에서 사용하기 위해 의도된 구성 요소는 일반적으로 최대 데이터 속도를 명시할 것이지만, 스위칭 속도 또는 주파수도 명시될 수 있습니다.

다음은 DC 시스템 및 저 데이터 속도 애플리케이션에서 사용할 수 있는 몇 가지 옵토커플러 IC 예입니다.

ON Semiconductor, FODM611

ON Semiconductor의 FODM611 광커플러 IC는 최대 10 Mbps 데이터 속도(NRZ, 100 ns 전파 지연)로 평가된 단일 채널 광커플러입니다. 이 장치는 5 V에서 출력하며 높은 공통 모드 전이 잡음 내성을 제공하여 산업용 네트워크(CAN, RS485, DeviceNet 시스템) 또는 저속 자동차 시스템에 이상적입니다. 스위칭은 버퍼에 연결된 광다이오드에 의해 트리거됩니다(아래 참조).

기능적 회로도 및 진리표, FODM611 데이터시트에서.

Broadcom, HCPL-7723-300E

Broadcom의 HCPL-7723-300E는 더 높은 데이터 속도(최대 50 MBaud, 최대 PWD 2 ns)를 위해 설계되었습니다. 이 제품은 입력 신호가 드라이버를 켜는 통합 CMOS LED 드라이버를 특징으로 합니다. 검출기 섹션은 광다이오드, 고속 전류-전압 증폭기, 및 출력 드라이버가 있는 전압 비교기로 구성됩니다.

기능적 회로도 및 진리표, HCPL-7723-300E 데이터시트에서.

Renesas, PS2802-4

Renesas의 PS2802-4 4채널 광커플러는 다알링턴 페어 광트랜지스터를 사용하여 2에서 20까지의 높은 출력-입력 전류 비율(최대 40 V 정격 콜렉터-에미터 전압)을 제공합니다. 이 구성요소는 병렬로 4개의 채널을 제공하여 다양한 전압 사이의 절연이 필요한 전력 관리 시스템에 유용합니다. 이 구성요소의 암전류는 400 nA로 매우 낮아 고전력 시스템에서 스위칭 이벤트 사이에 낭비되는 전력이 거의 없습니다. 이 구성요소는 단일 채널 변형(PS2802-1, 아래 참조)으로도 제공됩니다.

4채널 및 단일 채널 변형, PS2802-4 데이터시트에서.

절연을 위해 광커플러 IC를 사용하는 다양한 시스템이 혜택을 받을 수 있으며, Octopart의 구성요소 검색 및 필터링 기능을 사용하여 다음 시스템에 필요한 구성요소를 찾을 수 있습니다.

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