Projektowanie PCB: Poradnik dotyczący optoprzekaźników dla Twojego układu PCB

Czy przyznajesz się do naciskania przycisku drzemki przynajmniej dwa razy, zanim niechętnie obudzisz się ze swojego błogiego snu? Moja żona twierdzi, że prawdopodobnie mam rekord świata w naciskaniu przycisku drzemki, ponieważ robię to nawet nie otwierając oczu. Ale są chwile, kiedy trzeci alarm drzemki tajemniczo nie włącza się i rozpoczęcie dnia na czas staje się przegraną bitwą.

W elektronice, systemy wbudowane często polegają na obwodach optoprzekaźników do odbierania sygnałów wejściowych z zewnętrznych czujników lub przełączników. W pewnym sensie są one jak budziki mikrokontrolerów. Idealnie, wszystkie sygnały są dokładnie przekazywane do mikrokontrolera. Jednak, gdy symbol optoprzekaźników nie jest właściwie zaimplementowany, mikrokontroler czasami może przegapić sygnały wejściowe lub fałszywie wykrywać sygnały, gdy żadne wejścia nie są aktywowane. W tym samouczku projektowania PCB z optoizolatorem omówimy, jak ustawić udany układ PCB z optoprzekaźnikiem. Ale najpierw przypomnijmy sobie, jak działa przewodnik po projektowaniu optoprzekaźników w tym samouczku optoprzekaźnika.

Samouczek Optoizolatora: Podstawowe Zasady Układu PCB z Optoprzekaźnikiem

Optoprzekaźniki lub optoizolatory to komponenty elektroniczne, które izolują sygnały wejściowe za pomocą interfejsu optycznego. Najprostsza forma optoprzekaźnika składa się z podczerwonej diody LED i fototranzystora w jednym zintegrowanym obwodzie. Podczerwona dioda LED jest włączana, gdy przez nią przepływa prąd elektryczny, a jej intensywność zależy od amplitudy prądu. Fototranzystor jest aktywowany przez światło LED, co powoduje krótkie połączenie między jego kolektorem a emiterem.

Podczerwona dioda LED i fototranzystor są często oddzielone szkłem lub powietrzem. Zapewnia to izolację elektryczną na poziomie <10kV w układzie PCB optoprzekaźnika. W rezultacie, obwody z optoprzekaźnikami są idealnym wyborem do izolowania systemów wbudowanych od zakłóceń elektrycznych pochodzących z otoczenia sygnału wejściowego.

Oprócz ochrony systemu wbudowanego przed zakłóceniami elektrycznymi, optoprzekaźniki są również używane do oddzielania systemów niskonapięciowych od wysokonapięciowych. Na przykład, fototriak, który jest wariacją optoprzekaźników, może być używany do sterowania urządzeniami z wysokim napięciem przemiennym. Na przykład, silnikiem AC. Eliminuje to ryzyko awarii obwodu, które mogą spowodować uszkodzenie mikrokontrolera i towarzyszących mu komponentów urządzenia.

Poradnik o izolatorach PCB: Błędy z optoprzekaźnikami

Optoprzekaźnik to prosty pasywny komponent, z którym większość projektantów się spotyka. Sprawienie, by płyta PCB z optoprzekaźnikiem działała, nie jest wielką nauką; jednak istnieje kilka błędów projektowych, które pokonują cel używania go lub powodują niestabilne sygnały wejściowe.

1. Nieoddzielanie połączeń masowych PCB optoprzekaźnika.

W podstawowym układzie płyty PCB z optoprzekaźnikiem, układ scalony (IC) składa się z dwóch pinów masy. Jeden jest połączony z diodą podczerwieni, a drugi z fototranzystorem. Błędem jest łączenie obu mas razem podczas trasowania PCB. W moim doświadczeniu inżynierskim napotkałem to nawet w kontrolerach elektronicznych używanych w maszynach.

Głównym powodem użycia optoprzekaźnika jest bezpieczne oddzielenie dwóch obwodów. Gdy zewnętrzna masa jest połączona z PCB, wszelkie szumy masy z obwodów mogą bezpośrednio sprzęgać się z wrażliwym obwodem na pokładzie. Zamiast tego, utwórz oddzielne połączenie sygnałowe dla zewnętrznych pinów masy i przydziel dedykowane złącza dla przewodów masy wejściowej.

2. Używanie niewłaściwej wartości dla rezystora ograniczającego prąd

Oprócz zastosowania odpowiedniego napięcia wyjściowego, dioda podczerwona w optoprzekaźniku wymaga odpowiedniego prądu do prawidłowego funkcjonowania. Wartość minimalnego prądu przewodzenia można odczytać z wykresu Stosunku Transferu Prądowego danego optoprzekaźnika. Jeśli rezystor ograniczający prąd pracuje na minimalnej wartości dla optoprzekaźnika, fototranzystor może zachowywać się nieregularnie. Na przykład, z 10 ważnych sygnałów wejściowych od przełączników, tylko część z nich zostanie wykryta.

Z drugiej strony, wartość rezystora ograniczającego nie powinna być zbyt niska. Ma to na celu zapobieganie uszkodzeniu diody podczerwonej. Podobnie jak zwykłe diody LED, dioda podczerwona ma maksymalny prąd przewodzenia, którego nie należy przekraczać. To sprawia, że wybór odpowiedniego rezystora ograniczającego prąd jest kluczowym krokiem w zapewnieniu niezawodnej pracy płytki PCB z optoprzekaźnikiem.

3. Wybór niewłaściwego optoprzekaźnika

Choć może się to wydawać ogólne, nie wszystkie optoprzekaźniki są zbudowane tak samo. Na przykład, opto-triak jest używany do sterowania obciążeniem AC, a opto-Darlington jest idealny w sytuacjach, gdy generowany jest tylko mały prąd wejściowy. Inną kwestią jest napięcie przebicia kolektora-emitera, które może się różnić dla różnych modeli optoprzekaźników.

Ale jeśli używasz przewodnika projektowania optoprzekaźników tylko do standardowych izolatorów wejściowych, modele takie jak PC817 będą odpowiednie. Spędzisz również mniej czasu na tworzeniu śladów, ponieważ generyczny komponent elektroniczny optoprzekaźnika w oprogramowaniu do projektowania PCB załatwi sprawę. Kiedy potrzebujesz dostępu do łatwego w użyciu narzędzia do układania PCB, które zawiera wszystko, co potrzebne do budowy wysokiej jakości płytek obwodów drukowanych nadających się do produkcji, nie szukaj dalej niż CircuitMaker. Dodatkowo, oprócz łatwego w obsłudze oprogramowania do projektowania PCB, wszyscy użytkownicy CircuitMaker mają dostęp do osobistej przestrzeni roboczej na platformie Altium 365. Możesz przesyłać i przechowywać dane swoich projektów w chmurze oraz łatwo przeglądać swoje projekty za pomocą przeglądarki internetowej na bezpiecznej platformie.

Zacznij używać CircuitMaker już dziś i bądź na bieżąco z nowym CircuitMaker Pro od Altium.