Projeto de PCB: Um Tutorial de Optoacoplador para o Layout do seu PCB

Você se sente culpado por apertar o botão soneca pelo menos duas vezes antes de acordar relutantemente do seu sono tranquilo? Minha esposa afirma que eu provavelmente tenho o recorde mundial de tempo apertando o botão soneca, já que faço isso sem nem abrir os olhos. Mas há momentos em que o terceiro alarme da soneca misteriosamente não dispara, e é uma batalha perdida tentar começar o dia a tempo.

Na eletrônica, os sistemas embarcados frequentemente dependem de circuitos optoacopladores para receber sinais de entrada de sensores externos ou interruptores. De certa forma, eles são como os despertadores dos microcontroladores. Idealmente, todos os sinais são transmitidos com precisão ao microcontrolador. No entanto, quando o símbolo dos optoacopladores não é implementado corretamente, o microcontrolador pode às vezes perder sinais de entrada ou detectar falsamente sinais quando nenhuma entrada é acionada. Neste tutorial de design de PCB com optoacoplador, discutiremos como configurar um layout de PCB de optoacoplador bem-sucedido. Mas primeiro, vamos relembrar como funciona um guia de design de optoacoplador neste tutorial de optoacoplador.

Tutorial de Optoacoplador: Princípios Básicos de um PCB de Optoacoplador

Optoacopladores ou optoisoladores são componentes eletrônicos que isolam sinais de entrada por meio de uma interface óptica. A forma mais básica de optoacoplador consiste em um LED infravermelho e um fototransistor dentro de um único circuito integrado. O LED infravermelho é ativado quando a corrente elétrica passa por ele, e a intensidade depende da amplitude da corrente. O fototransistor é ativado pela luz do LED, o que causa uma conexão curta entre seu coletor e emissor.

O LED infravermelho e o fototransistor são frequentemente separados por vidro ou ar. Isso proporciona uma isolação elétrica de <10kV através do layout da PCB do optoacoplador. Como resultado, os circuitos de optoacopladores são uma escolha ideal para isolar sistemas embarcados de interferências elétricas originárias do ambiente do sinal de entrada.

Além de proteger o sistema embarcado de ruídos elétricos, os optoacopladores também são usados para manter sistemas de baixa tensão e alta tensão separados. Por exemplo, o foto-triac, que é uma variação dos optoacopladores, pode ser usado para controlar dispositivos de alta tensão AC. Por exemplo, um motor AC. Isso elimina o risco de falhas no circuito que podem causar danos ao microcontrolador e seus componentes acompanhantes para o dispositivo.

Tutorial de Optoisolador em PCB: Erros Com Optoacopladores

O optoacoplador é um componente passivo simples com o qual a maioria dos projetistas se depara. Fazer um PCB de optoacoplador funcionar não é ciência de foguete; no entanto, existem alguns erros de projeto que anulam o propósito de usar um ou que causam sinais de entrada instáveis.

1. Falhar em Separar as Conexões de Terra do PCB de Optoacoplador.

Na disposição básica do PCB de optoacoplador, o circuito integrado (CI) consiste em dois pinos de terra. Um é conectado ao LED infravermelho e o outro ao fototransistor. Um erro é conectar ambos os terras juntos ao rotear o PCB. Na minha experiência de engenharia, encontrei isso até em controladores eletrônicos usados em máquinas.

A principal razão para usar um optoacoplador é separar com segurança dois circuitos. Quando o terra externo é conectado ao PCB, quaisquer ruídos de terra da circuitaria podem acoplar diretamente ao circuito sensível a bordo. Em vez disso, crie uma conexão de sinal separada para os pinos de terra externos e aloque conectores dedicados para os fios de terra de entrada.

2. Usar o Valor Errado para o Resistor Limitador de Corrente

Além de aplicar a tensão de saída adequada, o LED infravermelho do optoacoplador requer uma corrente adequada para funcionar corretamente. O valor da corrente mínima de saída pode ser consultado no gráfico de Razão de Transferência de Corrente do respectivo optoacoplador. Se o resistor limitador de corrente atuar no valor mínimo do optoacoplador, o fototransistor pode se comportar de maneira irregular. Por exemplo, de 10 entradas válidas provenientes dos interruptores, apenas parte delas será detectada.

Por outro lado, o valor do resistor limitador não deve ser muito baixo. Isso é para evitar a quebra do LED infravermelho. Como os LEDs regulares, o LED infravermelho tem uma corrente máxima de avanço que não deve ser ultrapassada. Isso torna a escolha do resistor limitador de corrente correto um passo crucial para garantir uma operação confiável do PCB do optoacoplador.

3. Escolhendo o Optoacoplador Errado

Por mais geral que possa parecer, nem todos os optoacopladores são construídos da mesma forma. Por exemplo, o opto-triac é usado para controlar uma carga AC e o opto-Darlington é ideal para situações onde apenas uma pequena quantidade de corrente de entrada é gerada. Outra consideração é a tensão de quebra Coletor-Emissor, que pode variar para diferentes modelos de optoacopladores.

Mas se você está apenas usando um guia de design de optoacoplador para isoladores de entrada normais, modelos como o PC817 farão o trabalho. Você também gastará menos tempo criando footprints, já que o componente eletrônico optoacoplador genérico no seu software de design de PCB fará o trabalho. Quando você precisar acessar uma ferramenta de layout de PCB fácil de usar que inclui tudo o que é necessário para construir placas de circuito de alta qualidade e fabricáveis, não procure além do CircuitMaker. Além do software de design de PCB fácil de usar, todos os usuários do CircuitMaker têm acesso a um espaço de trabalho pessoal na plataforma Altium 365. Você pode fazer upload e armazenar seus dados de design na nuvem, e pode visualizar facilmente seus projetos através do seu navegador web em uma plataforma segura.

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