PCB 설계: PCB 레이아웃을 위한 옵토커플러 튜토리얼

최소 두 번은 스누즈 버튼을 누르고 나서야 마지못해 잠에서 깨어나는 것에 대해 죄책감을 느끼시나요? 제 아내는 제가 눈도 뜨지 않고 스누즈 버튼을 누르는 세계 기록을 가지고 있을 거라고 주장합니다. 하지만 세 번째 스누즈 알람이 신비롭게도 울리지 않아 제 시간에 하루를 시작하는 것이 패배하는 싸움이 되곤 합니다.

전자 분야에서, 임베디드 시스템은 종종 외부 센서나 스위치로부터 입력 신호를 받기 위해 옵토커플러 회로에 의존합니다. 어떤 면에서, 그들은 마이크로컨트롤러의 알람 시계와 같습니다. 이상적으로, 모든 신호들이 마이크로컨트롤러에 정확히 전달됩니다. 하지만, 옵토커플러의 심볼이 제대로 구현되지 않을 때, 마이크로컨트롤러는 때때로 입력 신호를 놓치거나 입력이 트리거되지 않았을 때 신호를 잘못 감지하기도 합니다. 이 PCB 설계 옵토아이솔레이터 튜토리얼에서, 우리는 성공적인 옵토커플러 PCB 레이아웃을 설정하는 방법에 대해 논의할 것입니다. 하지만 먼저, 옵토커플러 설계 가이드가 이 옵토아이솔레이터 튜토리얼에서 어떻게 작동하는지 상기시켜 봅시다.

옵토아이솔레이터 튜토리얼: 옵토커플러 PCB의 기본 원리

옵토커플러 또는 옵토아이솔레이터는 광학 인터페이스를 통해 입력 신호를 분리하는 전자 부품입니다. 가장 기본적인 형태의 옵토커플러는 단일 집적 회로 내에 적외선 LED와 포토 트랜지스터로 구성됩니다. 전기 전류가 통과할 때 적외선 LED가 켜지며, 그 강도는 전류의 크기에 따라 달라집니다. LED 빛에 의해 포토 트랜지스터가 활성화되면, 그것의 컬렉터와 에미터 사이에 짧은 연결이 생깁니다.

적외선 LED와 포토 트랜지스터는 종종 유리나 공기에 의해 분리됩니다. 이것은 옵토커플러 PCB 레이아웃을 통해 <10kV의 전기적 격리를 제공합니다. 결과적으로, 옵토커플러 회로는 입력 신호의 환경에서 발생하는 전기적 간섭으로부터 임베디드 시스템을 분리하는 이상적인 선택입니다.

전기적 잡음으로부터 임베디드 시스템을 보호하는 것 외에도, 옵토커플러는 저전압 및 고전압 시스템을 분리하는 데에도 사용됩니다. 예를 들어, 옵토커플러의 변형인 포토-트라이악은 고 AC 전압 장치를 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, AC 모터입니다. 이는 마이크로컨트롤러와 그에 수반되는 부품들에 손상을 줄 수 있는 회로 결함의 위험을 없앱니다.

PCB 옵토아이솔레이터 튜토리얼: 옵토커플러와 관련된 실수들

옵토커플러는 대부분의 설계자들이 접하게 되는 간단한 수동 부품입니다. 옵토커플러 PCB를 작동시키는 것은 로켓 과학이 아니지만, 사용 목적을 무너뜨리거나 불안정한 입력 신호를 유발하는 몇 가지 설계 실수가 있습니다.

1. 옵토커플러 PCB 접지 연결 분리 실패.

기본 옵토커플러 PCB 레이아웃에서, 집적 회로(IC)는 두 개의 접지 핀을 가지고 있습니다. 하나는 적외선 LED에 연결되고 다른 하나는 포토트랜지스터에 연결됩니다. PCB를 라우팅할 때두 접지를 함께 연결하는 것은 실수입니다. 제 엔지니어링 경험에서, 이것은 기계에 사용되는 전자 컨트롤러에서도 발견되었습니다.

옵토커플러를 사용하는 주된 이유는 두 회로를 안전하게 분리하는 것입니다. 외부 접지가 PCB에 연결되면, 회로에서 발생하는 모든 접지 잡음이 민감한 온보드 회로에 직접 결합될 수 있습니다. 대신, 외부 접지 핀을 위한 별도의 신호 연결을 만들고 입력 접지선을 위한 전용 커넥터를 할당하세요.

2. 전류 제한 저항에 잘못된 값을 사용하기

적절한 출력 전압을 적용하는 것 외에도, 옵토커플러의 적외선 LED는 제대로 기능하기 위해 충분한 전류가 필요합니다. 최소 전방 전류 출력의 값은 해당 옵토커플러의 전류 전달 비율 차트에서 참조할 수 있습니다. 전류 제한 저항이 옵토커플러의 최소값에서 작동하면, 광전자가 비정상적으로 동작할 수 있습니다. 예를 들어, 스위치에서 유효한 10개의 입력 중 일부만 감지될 수 있습니다.

반면에, 제한 저항의 값은 너무 낮아서는 안 됩니다. 이는 적외선 LED가 고장 나는 것을 방지하기 위함입니다. 일반 LED처럼, 적외선 LED에는 초과해서는 안 되는 최대 전방 전류가 있습니다. 이는 신뢰할 수 있는 옵토커플러 PCB 작동을 보장하기 위해 올바른 전류 제한 저항을 선택하는 것이 중요한 단계임을 의미합니다.

3. 잘못된 옵토커플러 선택하기

일반적으로 보일 수 있지만, 모든 옵토커플러가 같은 방식으로 만들어지는 것은 아닙니다. 예를 들어, 옵토-트라이악은 AC 부하를 제어하는 데 사용되고, 옵토-달링턴은 입력 전류가 소량만 생성되는 상황에 이상적입니다. 또 다른 고려 사항은 다양한 옵토커플러 모델에 따라 달라질 수 있는 콜렉터-에미터 분해 출력 전압입니다.

하지만 일반적인 입력 분리기를 위해 옵토커플러 설계 가이드만 사용한다면, PC817과 같은 모델이 효과적입니다. 또한, PCB 설계 소프트웨어에 있는 일반 옵토커플러 전자 부품을 사용하면, 풋프린트를 생성하는 데 걸리는 시간도 줄일 수 있습니다. 고품질의 제조 가능한 회로 기판을 구축하는 데 필요한 모든 것을 포함한 사용하기 쉬운 PCB 레이아웃 도구에 접근하고 싶다면, CircuitMaker를 찾아보세요. 사용하기 쉬운 PCB 설계 소프트웨어뿐만 아니라, 모든 CircuitMaker 사용자는 Altium 365 플랫폼에서 개인 작업 공간에 접근할 수 있습니다. 클라우드에 설계 데이터를 업로드하고 저장할 수 있으며, 안전한 플랫폼에서 웹 브라우저를 통해 프로젝트를 쉽게 볼 수 있습니다.

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