Оптопары: Применение и выбор компонентов

Для новых дизайнеров термин "оптопара" может показаться малосвязанным с электроникой, но эти устройства важны для обеспечения изоляции между различными блоками схем. Интегральная схема оптопары включает в себя оптические элементы, которые действуют как простой переключатель. Их легко внедрить в различные схемы и они хорошо обеспечивают изоляцию между блоками схем, работающими на разных напряжениях. Они также идеально подходят для использования в обратных связях между различными блоками схем, особенно там, где требуется изоляция. Некоторые оптопары также разработаны для обеспечения переключения на высоких скоростях передачи данных. Вот некоторые варианты интегральных схем оптопар, которые вы можете быстро импортировать в свою следующую электрическую или электрооптическую систему.

Что такое оптопара?

Очень просто, оптопара интегрирует инфракрасный светодиод вместе с фотодетектором (обычно фототранзистором) и действует как оптический переключатель. Когда светодиод получает входной сигнал, он включается и подает фотоны на базу фототранзистора. Это, в свою очередь, включает фототранзистор, позволяя току течь через подключенную схему. Светодиод может работать на другом уровне, чем внутренний фототранзистор, что позволяет обеспечить некоторую изоляцию между этими двумя уровнями сигналов. Это один из способов передачи сигнала низкого напряжения в блок схемы высокого напряжения без использования усилителя.

Символ и посадочное место оптопары

Поскольку эти компоненты являются недорогими оптическими элементами, они хорошо обеспечивают электрическую изоляцию между различными блоками схем без проведения определенных форм ЭМИ между различными блоками схем. Это не значит, что они являются панацеей от всех проблем с шумом, но изоляция, которую они обеспечивают, действительно изолирует системы на разных напряжениях, что имеет приятное преимущество в подавлении шума земляной петли от двух частей системы. В интегральных схемах оптопар можно найти фототранзисторы NPN или PNP.

Типы интегральных схем оптопар

Оптопары могут использовать другие переключающие элементы, помимо фототранзистора. Вот другие типы интегральных схем оптопар, которые вы найдете на рынке электроники:

• Триак: Оптопара с триаком в качестве детектора используется в системах, требующих высокого выходного напряжения/тока. Они обладают медленной скоростью реакции и наилучшим образом подходят для систем постоянного тока высокого напряжения, требующих высокого выходного тока.

• Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR): Эти оптопары также обеспечивают высокое усиление, аналогичное триаку. Однако они также довольно медленные и наилучшим образом подходят для систем постоянного тока средне высокого напряжения/тока.

• Фотодиод: Оптопара с фотодиодом в качестве детектора распространена в системах, требующих быстрого переключения. Эти компоненты могут использоваться, когда светодиод переключается потоком цифровых импульсов или с переменным сигналом. Фотодиод обеспечит очень низкое соотношение выходного тока к входному по сравнению с типичной ИС фототранзистора.

• Фототранзистор на паре Дарлингтона: Эти оптопары также полезны благодаря их высокому усилению, и они предлагают одно из самых высоких соотношений выходного тока к входному.

• Фоторезистор: Они используются реже, поскольку они все еще проводят ток в выключенном состоянии. Они также имеют низкое соотношение выходного тока к входному.

Важные характеристики ИС оптопар

Вероятно, вы начнете с рассмотрения способа монтажа для ИС оптопар; они доступны в корпусах для сквозного монтажа DIP или как компоненты для поверхностного монтажа. Однако существуют некоторые важные характеристики, которые следует рассмотреть при выборе ИС оптопар:

• Прямое напряжение светодиода и ток срабатывания. Это говорит вам о том, как вам нужно питать ваш входной светодиод, чтобы гарантировать его включение и обеспечение желаемого поведения переключения. В оптопарах, предназначенных для переключения с помощью прямоугольного сигнала или сигнала ШИМ, пиковый прямой ток, необходимый для срабатывания переключателя, зависит от длительности импульса сигнала во включенном состоянии. Короткие импульсы требуют большего пикового тока сигнала для обеспечения срабатывания.

• Соотношение выходного тока к входному. Это говорит вам о передаче тока между каждым концом оптопары. Обратите внимание, что это зависит от абсолютного максимального напряжения коллектор-эмиттер для оптопары с фототранзистором.

• Кривая прямого напряжения против прямого тока. Эта характеристика имеет то же значение, что и для стандартного светодиода, но ее не следует путать с током срабатывания.

• Изменения температуры. Эти характеристики довольно важны для систем питания, поскольку они могут достигать высокой температуры во время работы.

• Рейтинги безопасности и сертификация IEC/UL. Если вы разрабатываете систему питания или передачи данных в высоковольтной среде рядом с сетью переменного тока, IEC 60747-5-2 является одним из важных стандартов, на который следует обратить внимание, чтобы гарантировать, что высокие переходные напряжения могут быть выдержаны. Вам необходимо следовать руководствам по безопасности и изоляции, чтобы гарантировать соответствие стандартам безопасности.

• Скорость передачи данных или скорость переключения. Компоненты, предназначенные для использования в сетях передачи данных, обычно указывают максимальную скорость передачи данных, хотя также может быть указана скорость переключения или частота.

Вот некоторые примеры ИС оптопар, которые вы можете использовать в системах постоянного тока и приложениях с низкой скоростью передачи данных.

ON Semiconductor, FODM611

Оптопара FODM611 от ON Semiconductor является одноканальной оптопарой, рассчитанной на скорость передачи данных до 10 Мбит/с (NRZ, задержка распространения 100 нс). Этот компонент выдает 5 В и обеспечивает высокую помехозащищенность от общемодовых переходных процессов, что делает его идеальным для использования в промышленных сетях (CAN, RS485 и системы DeviceNet) или системах автомобилей с низкой скоростью передачи данных. Переключение инициируется фотодиодом, подключенным к буферу (см. ниже).

Функциональная схема и таблица истинности, из технического описания FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

HCPL-7723-300E от Broadcom разработан для более высоких скоростей передачи данных (50 Мбод с максимальной задержкой распространения 2 нс). Он содержит интегрированный драйвер светодиода на КМОП-транзисторах, который активируется входным сигналом. В детекторной части используются фотодиод, высокоскоростной трансимпедансный усилитель и компаратор напряжения с выходным драйвером.

Функциональная схема и таблица истинности, из технического описания HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

Четырехканальная оптопара PS2802-4 от Renesas использует пару фототранзисторов Дарлингтона для обеспечения высокого отношения выходного тока к входному, варьирующегося от 2 до 20 (с номинальным напряжением коллектор-эмиттер до 40 В). Этот компонент предоставляет 4 канала параллельно, что делает его полезным в системах управления питанием, требующих изоляции между различными напряжениями. Темновой ток в этом компоненте составляет всего 400 нА, поэтому между событиями переключения в системе с высокой мощностью теряется очень мало энергии. Этот компонент также доступен в варианте с одним каналом (PS2802-1, см. ниже).

Варианты с четырьмя и одним каналом, из технического описания PS2802-4.

Различные системы могут получить выгоду от использования оптопар для изоляции, и вы можете найти необходимые компоненты для вашей следующей системы с помощью функций поиска и фильтрации компонентов на Octopart.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.