Circuitos Integrados Optoacopladores: Aplicações e Seleção de Componentes

Para novos designers, um optoacoplador pode parecer que tem pouco a ver com eletrônica, mas são dispositivos importantes para fornecer isolamento entre diferentes blocos de circuito. Um CI de optoacoplador integra elementos ópticos que atuam como um interruptor simples. Eles são fáceis de incorporar em diferentes circuitos e fornecem isolamento de forma eficaz entre blocos de circuito que operam em diferentes tensões. Também são ideais para uso em loops de feedback entre diferentes blocos de circuito, especialmente onde o isolamento é necessário. Alguns optoacopladores também são projetados para fornecer comutação em altas taxas de dados. Aqui estão algumas opções de CIs de optoacopladores que você pode importar rapidamente para o seu próximo sistema elétrico ou eletro-óptico.

O que é um Optoacoplador?

De forma muito simples, um optoacoplador integra um LED infravermelho ao lado de um fotodetector (geralmente um fototransistor) e atua como um interruptor óptico. Quando o LED recebe um sinal de entrada, o LED acende e fornece fótons à base do fototransistor. Isso, então, ativa o fototransistor, permitindo que a corrente flua através de um circuito conectado. O LED pode estar operando em um nível diferente do fototransistor interno, o que permite algum isolamento entre esses dois níveis de sinal. Esta é uma maneira de conduzir um sinal de baixa tensão para um bloco de circuito de alta tensão sem usar um amplificador.

Símbolo e Footprint de Optoacoplador

Como esses componentes são elementos ópticos de baixo custo, eles fornecem isolamento elétrico entre diferentes blocos de circuito sem conduzir certas formas de EMI entre diferentes blocos de circuito. Isso não quer dizer que eles sejam uma solução para todo problema de ruído, mas o isolamento que fornecem isola sistemas em diferentes tensões, o que tem o benefício adicional de suprimir ruídos de loop de terra de duas partes de um sistema. Fototransistores NPN ou PNP podem ser encontrados em CIs de optoacopladores.

Tipos de CIs de Optoacopladores

Optoacopladores podem usar outros elementos de comutação além de um fototransistor. Aqui estão outros tipos de CIs de optoacopladores que você encontrará no mercado eletrônico:

• Triac: Um CI optoacoplador com um triac como detector é usado em sistemas que requerem alta tensão/corrente de saída. Eles têm velocidade de resposta lenta e são melhores para sistemas DC de alta tensão que requerem alta corrente de saída.

• Retificador controlado por silício (SCR): Esses optoacopladores também fornecem alto ganho, semelhante a um triac. No entanto, eles também são bastante lentos e são melhores usados para sistemas DC de tensão/corrente moderadamente alta.

• Fotodiodo: Um optoacoplador com um fotodiodo como detector é comum em sistemas que precisam de comutação rápida. Esses componentes podem ser usados quando o LED é comutado com uma sequência de pulsos digitais ou com um sinal AC. Um fotodiodo fornecerá uma razão de transferência de corrente de saída para entrada muito baixa em comparação com um CI fototransistor típico.

• Par Darlington fototransistor: Esses optoacopladores também são úteis por seu alto ganho e oferecem uma das maiores razões de transferência de corrente de saída para entrada.

• Fotoresistor: Eles são menos comumente usados pois ainda conduzem no estado DESLIGADO. Eles também têm baixa razão de transferência de corrente de saída para entrada.

Especificações Importantes de CIs Optoacopladores

Você provavelmente começará olhando o estilo de montagem para CIs optoacopladores; eles estão disponíveis em pacotes DIP para montagem em furos ou como componentes de montagem em superfície. No entanto, há algumas especificações importantes que devem ser examinadas ao selecionar um CI optoacoplador:

• Tensão direta do LED e corrente de disparo. Isso indica como você precisa alimentar seu LED de entrada para garantir que ele ligue e forneça o comportamento de comutação desejado. Em optoacopladores projetados para serem comutados com um sinal de onda quadrada ou sinal PWM, a corrente de pico direta necessária para disparar a comutação depende da largura do pulso do sinal no estado LIGADO. Pulsos mais curtos requerem uma corrente de sinal de pico maior para forçar o disparo.

• Razão de corrente de saída para entrada. Isso indica a transferência de corrente entre cada extremidade do optoacoplador. Note que isso depende da tensão máxima absoluta coletor-emissor para um optoacoplador fototransistor.

• Curva de tensão direta vs. corrente direta. Esta especificação tem o mesmo significado que para um LED padrão, mas não deve ser confundida com a corrente de disparo.

• Variações de temperatura. Essas especificações são bastante importantes para sistemas de potência, pois podem atingir alta temperatura durante a operação.

• Classificações de segurança e certificação IEC/UL. Se você está projetando para um sistema de potência ou para transferência de dados em um ambiente de alta tensão próximo a redes AC, IEC 60747-5-2 é um padrão importante a ser observado para garantir que tensões transientes altas possam ser suportadas. Você precisa seguir as diretrizes de segurança e isolamento para garantir que está em conformidade com os padrões de segurança.

• Taxa de dados ou velocidade de comutação. Componentes que são destinados para uso em redes de dados normalmente especificarão uma taxa de dados máxima, embora uma velocidade de comutação ou frequência também possa ser especificada.

Aqui estão alguns exemplos de CIs optoacopladores que você pode usar em sistemas DC e aplicações de baixa taxa de dados.

ON Semiconductor, FODM611

O FODM611 optocoupler IC da ON Semiconductor é um optocoupler de canal único classificado para taxas de dados de até 10 Mbps (NRZ, 100 ns de atraso de propagação). Este dispositivo opera a 5 V enquanto oferece alta imunidade a ruídos transientes em modo comum, tornando-o ideal em redes industriais (sistemas CAN, RS485 e DeviceNet) ou sistemas automotivos de baixa velocidade. A comutação é acionada por um fotodiodo conectado a um buffer (veja abaixo).

Esquemático funcional e tabela verdade, do datasheet do FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

O HCPL-7723-300E da Broadcom é projetado para taxas de dados mais altas (50 MBaud com PWD máximo de 2 ns). Ele apresenta um driver de LED CMOS integrado, onde o sinal de entrada aciona o driver. A seção do detector consiste em um fotodiodo, amplificador de transimpedância de alta velocidade e comparador de tensão com um driver de saída.

Esquemático funcional e tabela verdade, do datasheet do HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

O optocoupler de quatro canais PS2802-4 da Renesas usa um par Darlington fototransistor para fornecer uma alta relação de corrente de saída para entrada variando de 2 a 20 (com tensão coletor-emissor classificada de até 40 V). Este componente fornece 4 canais em paralelo, tornando-o útil em sistemas de gerenciamento de energia que requerem isolamento entre uma variedade de tensões. A corrente escura neste componente é tão baixa quanto 400 nA, então muito pouca energia é desperdiçada entre eventos de comutação em um sistema de alta potência. Este componente também está disponível como uma variante de canal único (PS2802-1, veja abaixo).

Variantes de canal quádruplo e canal único, do datasheet do PS2802-4.

Uma variedade de sistemas pode se beneficiar do uso de ICs optocoupler para isolamento, e você pode encontrar os componentes de que precisa para o seu próximo sistema com os recursos de busca e filtragem de componentes do Octopart.

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