Optocoupler ICs: Zastosowania i dobór komponentów

Dla nowych projektantów, optoprzekaźnik może wydawać się mało związany z elektroniką, ale są to ważne urządzenia zapewniające izolację między różnymi blokami obwodów. Układ scalony optoprzekaźnika integruje elementy optyczne, które działają jak prosty przełącznik. Są łatwe do włączenia do różnych obwodów i ładnie zapewniają izolację między blokami obwodów pracującymi na różnych napięciach. Są również idealne do stosowania w pętlach sprzężenia zwrotnego między różnymi blokami obwodów, szczególnie tam, gdzie wymagana jest izolacja. Niektóre optoprzekaźniki są również zaprojektowane do zapewniania przełączania przy wysokich szybkościach transmisji danych. Oto kilka opcji układów scalonych optoprzekaźników, które możesz szybko zaimportować do swojego następnego systemu elektrycznego lub elektrooptycznego.

Co to jest Optoprzekaźnik?

Bardzo prosto, optoprzekaźnik integruje diodę LED podczerwieni wraz z fotodetektorem (zazwyczaj fototranzystorem) i działa jak optyczny przełącznik. Gdy dioda LED otrzymuje sygnał wejściowy, dioda LED się zapala i dostarcza fotony do bazy fototranzystora. To z kolei włącza fototranzystor, pozwalając na przepływ prądu przez podłączony obwód. Dioda LED może pracować na innym poziomie niż wewnętrzny fototranzystor, co pozwala na pewną izolację między tymi dwoma poziomami sygnałów. Jest to jeden ze sposobów przekazywania sygnału niskonapięciowego do bloku obwodu wysokonapięciowego bez użycia wzmacniacza.

Symbol i ślad optoprzekaźnika

Ponieważ te komponenty to niedrogie elementy optyczne, ładnie zapewniają izolację elektryczną między różnymi blokami obwodów bez przewodzenia pewnych form EMI między różnymi blokami obwodów. Nie oznacza to, że są one uniwersalnym rozwiązaniem każdego problemu z zakłóceniami, ale izolacja, którą zapewniają, faktycznie izoluje systemy na różnych napięciach, co ma miły efekt tłumienia szumów pętli masy między dwoma częściami systemu. Fototranzystory NPN lub PNP można znaleźć w układach scalonych optoprzekaźników.

Typy układów scalonych optoprzekaźników

Optoprzekaźniki mogą używać innych elementów przełączających oprócz fototranzystora. Oto inne typy układów scalonych optoprzekaźników, które znajdziesz na rynku elektronicznym:

• Triak: Układ scalony optoprzekaźnika z triakiem jako detektorem jest używany w systemach wymagających wysokiego napięcia/wysokiego prądu na wyjściu. Mają one wolną prędkość reakcji i najlepiej sprawdzają się w systemach wysokonapięciowych DC wymagających wysokiego prądu na wyjściu.

• Prostownik sterowany krzemem (SCR): Te optoprzekaźniki również zapewniają wysokie wzmocnienie, podobnie jak triak. Jednakże, są również dość wolne i najlepiej sprawdzają się w systemach DC o umiarkowanie wysokim napięciu/prądzie.

• Fotodioda: Optoprzekaźnik z fotodiodą jako detektorem jest powszechny w systemach wymagających szybkiego przełączania. Te komponenty mogą być używane, gdy dioda LED jest przełączana strumieniem impulsów cyfrowych lub z sygnałem AC. Fotodioda zapewni bardzo niski stosunek prądu wyjściowego do wejściowego w porównaniu do typowego układu scalonego fototranzystora.

• Para Darlingtona fototranzystora: Te optoprzekaźniki są również użyteczne ze względu na ich wysokie wzmocnienie i oferują jedne z najwyższych stosunków prądu wyjściowego do wejściowego.

• Fotorezystor: Są rzadziej używane, ponieważ nadal przewodzą w stanie OFF. Mają również niski stosunek prądu wyjściowego do wejściowego.

Ważne specyfikacje układów scalonych optoprzekaźników

Prawdopodobnie zaczniesz od przyjrzenia się stylowi montażu dla układów scalonych optoprzekaźników; są dostępne w obudowach DIP do montażu przewlekanego lub jako komponenty montażu powierzchniowego. Jednakże, istnieją pewne ważne specyfikacje, które należy zbadać przy wyborze układu scalonego optoprzekaźnika:

• Napięcie przewodzenia LED i prąd wyzwalający. To informuje cię, jak musisz zasilać swoją diodę LED na wejściu, aby zapewnić jej włączenie i pożądane zachowanie przełączania. W optoprzekaźnikach zaprojektowanych do przełączania za pomocą sygnału prostokątnego lub sygnału PWM, szczytowy prąd przewodzenia wymagany do wyzwolenia przełącznika zależy od szerokości impulsu sygnału w stanie ON. Krótsze impulsy wymagają większego szczytowego prądu sygnału do wymuszenia wyzwalania.

• Stosunek prądu wyjściowego do wejściowego. To informuje cię o transferze prądu między każdym końcem optoprzekaźnika. Należy zauważyć, że jest to zależne od absolutnego maksymalnego napięcia kolektor-emiter dla optoprzekaźnika fototranzystorowego.

• Krzywa napięcia przewodzenia w stosunku do prądu przewodzenia. Ta specyfikacja ma to samo znaczenie co dla standardowej diody LED, ale nie należy jej mylić z prądem wyzwalającym.

• Zmiany temperatury. Te specyfikacje są dość ważne dla systemów zasilania, ponieważ mogą osiągać wysoką temperaturę podczas pracy.

• Oceny bezpieczeństwa i certyfikacja IEC/UL. Jeśli projektujesz system zasilania lub transfer danych w środowisku wysokiego napięcia blisko sieci AC, IEC 60747-5-2 jest jednym z ważnych standardów, na które należy zwrócić uwagę, aby zapewnić, że można wytrzymać wysokie napięcia przejściowe. Musisz przestrzegać wytycznych bezpieczeństwa i izolacji, aby zapewnić zgodność ze standardami bezpieczeństwa.

• Prędkość transmisji danych lub prędkość przełączania. Komponenty przeznaczone do użytku w sieciach danych zwykle określają maksymalną prędkość transmisji danych, chociaż może być również określona prędkość przełączania lub częstotliwość.

Oto przykładowe układy scalone optoprzekaźników, które możesz użyć w systemach DC i aplikacjach o niskiej prędkości transmisji danych.

ON Semiconductor, FODM611

FODM611 optocoupler IC od ON Semiconductor to jednokanałowy optoprzekaźnik oceniany na prędkość transmisji danych do 10 Mbps (NRZ, 100 ns opóźnienie propagacji). Urządzenie to wyprowadza sygnał na poziomie 5 V, oferując przy tym wysoką odporność na wspólne zakłócenia przejściowe, co czyni go idealnym w sieciach przemysłowych (systemy CAN, RS485 i DeviceNet) lub w systemach motoryzacyjnych o niskiej prędkości. Przełączanie jest wyzwalane przez fotodiodę połączoną z buforem (patrz poniżej).

Schemat funkcjonalny i tabela prawdy, z karty katalogowej FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

HCPL-7723-300E od Broadcom jest zaprojektowany dla wyższych prędkości transmisji danych (50 MBaud z maksymalnym PWD 2 ns). Posiada zintegrowany sterownik diody LED CMOS, gdzie sygnał wejściowy aktywuje sterownik. Sekcja detektora składa się z fotodiody, szybkiego wzmacniacza transimpedancyjnego oraz komparatora napięcia z wyjściowym sterownikiem.

Schemat funkcjonalny i tabela prawdy, z karty katalogowej HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

PS2802-4 czterokanałowy optoprzekaźnik od Renesas używa pary Darlingtona fototranzystora, aby zapewnić wysoki stosunek prądu wyjściowego do wejściowego w zakresie od 2 do 20 (z ocenionym napięciem kolektor-emiter do 40 V). Ten komponent zapewnia 4 kanały równolegle, co czyni go użytecznym w systemach zarządzania mocą wymagających izolacji między różnymi napięciami. Prąd ciemny w tym komponencie jest tak niski jak 400 nA, więc bardzo mało mocy jest marnowane między zdarzeniami przełączania w systemie o wysokiej mocy. Ten komponent jest również dostępny jako wariant jednokanałowy (PS2802-1, patrz poniżej).

Warianty czterokanałowe i jednokanałowe, z karty katalogowej PS2802-4.

Różnorodne systemy mogą skorzystać z zastosowania układów optoprzekaźników do izolacji, i możesz znaleźć potrzebne komponenty do swojego następnego systemu, korzystając z funkcji wyszukiwania i filtracji komponentów dostępnych na Octopart.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.