IC quang điện ghép: Ứng dụng và Lựa chọn Linh kiện

Đối với những nhà thiết kế mới, một quang cách ly có vẻ như không liên quan nhiều đến điện tử, nhưng chúng là những thiết bị quan trọng để cung cấp sự cách ly giữa các khối mạch khác nhau. Một IC quang cách ly tích hợp các yếu tố quang học hoạt động như một công tắc đơn giản. Chúng dễ dàng được đưa vào các mạch khác nhau và cung cấp sự cách ly tốt giữa các khối mạch hoạt động ở các điện áp khác nhau. Chúng cũng lý tưởng để sử dụng trong các vòng phản hồi giữa các khối mạch khác nhau, đặc biệt là khi cần sự cách ly. Một số quang cách ly cũng được thiết kế để cung cấp chuyển mạch ở tốc độ dữ liệu cao. Dưới đây là một số lựa chọn cho IC quang cách ly mà bạn có thể nhanh chóng nhập vào hệ thống điện hoặc điện quang tiếp theo của mình.

Quang cách ly là gì?

Rất đơn giản, một quang cách ly tích hợp một LED hồng ngoại cùng với một bộ phát hiện ánh sáng (thường là một phototransistor) và hoạt động như một công tắc quang học. Khi LED nhận được tín hiệu đầu vào, LED sẽ bật và cung cấp photon cho cực cơ bản của phototransistor. Điều này sau đó bật phototransistor, cho phép dòng điện chảy qua mạch kết nối. LED có thể hoạt động ở mức khác với phototransistor bên trong, điều này cho phép một số cách ly giữa hai mức tín hiệu này. Đây là một cách để truyền tín hiệu điện áp thấp vào một khối mạch điện áp cao mà không cần sử dụng bộ khuếch đại.

Biểu tượng và Bản in chân Quang cách ly

Vì những thành phần này là các yếu tố quang học giá rẻ, chúng cung cấp sự cách ly điện tốt giữa các khối mạch khác nhau mà không dẫn đến một số hình thức EMI giữa các khối mạch khác nhau. Điều này không có nghĩa là chúng là giải pháp cho mọi vấn đề về nhiễu, nhưng sự cách ly mà chúng cung cấp thực sự cô lập các hệ thống ở các điện áp khác nhau, điều này có lợi ích tốt là giảm tiếng ồn vòng đất từ hai phần của một hệ thống. Phototransistor NPN hoặc PNP có thể được tìm thấy trong IC quang cách ly.

Các loại IC Quang cách ly

Quang cách ly có thể sử dụng các yếu tố chuyển mạch khác ngoài phototransistor. Dưới đây là các loại IC quang cách ly khác mà bạn sẽ tìm thấy trên thị trường điện tử:

• Triac: Một IC quang cách ly với triac làm bộ phát hiện được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu điện áp/ dòng điện đầu ra cao. Chúng có tốc độ phản hồi chậm và phù hợp nhất cho các hệ thống DC điện áp cao yêu cầu dòng điện đầu ra cao.

• Rectifier điều khiển bằng silicon (SCR): Các optocoupler này cũng cung cấp độ khuếch đại cao, tương tự như triac. Tuy nhiên, chúng cũng khá chậm và cũng phù hợp nhất cho các hệ thống DC điện áp/dòng điện cao vừa phải.

• Photodiode: Một optocoupler với photodiode làm bộ phát hiện phổ biến trong các hệ thống cần chuyển mạch nhanh. Các linh kiện này có thể được sử dụng khi LED được chuyển mạch bằng một dòng xung số học hoặc với tín hiệu AC. Một photodiode sẽ cung cấp tỷ lệ chuyển đổi dòng điện đầu ra-đầu vào rất thấp so với một IC phototransistor thông thường.

• Cặp Darlington phototransistor: Các optocoupler này cũng hữu ích vì độ khuếch đại cao của chúng và chúng cung cấp một trong những tỷ lệ chuyển đổi dòng điện đầu ra-đầu vào cao nhất.

• Photoresistor: Chúng ít được sử dụng hơn vì chúng vẫn dẫn trong trạng thái TẮT. Chúng cũng có tỷ lệ chuyển đổi dòng điện đầu ra-đầu vào thấp.

Thông số Kỹ thuật Quan trọng của IC Quang Cách Ly

Bạn có thể bắt đầu bằng cách xem xét kiểu lắp đặt cho IC quang cách ly; chúng có sẵn trong gói DIP xuyên lỗ hoặc làm thành phần gắn mặt. Tuy nhiên, có một số thông số kỹ thuật quan trọng cần được xem xét khi chọn một IC quang cách ly:

• Điện áp tiến và dòng kích hoạt LED. Điều này cho bạn biết bạn cần cung cấp năng lượng như thế nào cho LED đầu vào của mình để đảm bảo nó bật và cung cấp hành vi chuyển mạch mong muốn. Trong các optocoupler được thiết kế để được chuyển mạch bằng sóng vuông hoặc tín hiệu PWM, dòng điện tiến đỉnh cần thiết để kích hoạt chuyển mạch phụ thuộc vào độ rộng xung của tín hiệu trong trạng thái BẬT. Các xung ngắn hơn yêu cầu dòng tín hiệu đỉnh lớn hơn để buộc kích hoạt.

• Tỷ lệ dòng điện đầu ra-đầu vào. Điều này cho bạn biết sự chuyển đổi dòng điện giữa mỗi đầu của optocoupler. Lưu ý rằng điều này phụ thuộc vào điện áp tối đa tuyệt đối giữa cực thu và cực phát của một optocoupler phototransistor.

• Điện áp tiến so với dòng điện tiến. Thông số kỹ thuật này có ý nghĩa giống như đối với một LED tiêu chuẩn, nhưng nó không nên bị nhầm lẫn với dòng kích hoạt.

• Biến đổi nhiệt độ. Các thông số kỹ thuật này rất quan trọng đối với các hệ thống điện vì chúng có thể đạt đến nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động.

• Xếp hạng an toàn và chứng nhận IEC/UL. Nếu bạn đang thiết kế cho một hệ thống điện hoặc cho truyền dữ liệu trong môi trường điện áp cao gần nguồn AC, IEC 60747-5-2 là một tiêu chuẩn quan trọng cần chú ý để đảm bảo có thể chịu được điện áp xung cao. Bạn cần tuân theo các hướng dẫn về an toàn và cách ly để đảm bảo bạn tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn.

• Tốc độ dữ liệu hoặc tốc độ chuyển mạch. Các linh kiện dành cho sử dụng trong mạng dữ liệu thường sẽ chỉ ra tốc độ dữ liệu tối đa, mặc dù tốc độ chuyển mạch hoặc tần số cũng có thể được chỉ định.

Dưới đây là một số ví dụ về IC quang cách ly bạn có thể sử dụng trong các hệ thống DC và các ứng dụng tốc độ dữ liệu thấp.

ON Semiconductor, FODM611

IC quang cách ly FODM611 từ ON Semiconductor là một quang cách ly một kênh có khả năng truyền dữ liệu lên đến 10 Mbps (NRZ, độ trễ truyền 100 ns). Thiết bị này xuất ra ở mức 5 V trong khi cung cấp khả năng miễn dịch nhiễu chung chế độ cao, làm cho nó lý tưởng trong các mạng công nghiệp (hệ thống CAN, RS485 và DeviceNet) hoặc hệ thống ô tô tốc độ thấp. Sự chuyển mạch được kích hoạt bởi một photodiode kết nối với một bộ đệm (xem bên dưới).

Sơ đồ chức năng và bảng chân lý, từ bảng dữ liệu FODM611.

Broadcom, HCPL-7723-300E

HCPL-7723-300E từ Broadcom được thiết kế cho tốc độ dữ liệu cao hơn (50 MBaud với PWD tối đa 2 ns). Nó tích hợp bộ điều khiển LED CMOS, nơi tín hiệu đầu vào kích hoạt bộ điều khiển. Phần cảm biến bao gồm một photodiode, bộ khuếch đại transimpedance tốc độ cao, và bộ so sánh điện áp với bộ điều khiển đầu ra.

Sơ đồ chức năng và bảng chân lý, từ bảng dữ liệu HCPL-7723-300E.

Renesas, PS2802-4

Quang cách ly bốn kênh PS2802-4 từ Renesas sử dụng một cặp phototransistor Darlington để cung cấp tỷ lệ dòng ra/dòng vào cao từ 2 đến 20 (với điện áp định mức cực thu-cực phát lên đến 40 V). Thành phần này cung cấp 4 kênh song song, làm cho nó hữu ích trong các hệ thống quản lý công suất yêu cầu cách ly giữa các loại điện áp khác nhau. Dòng tối trong thành phần này thấp đến mức 400 nA, vì vậy rất ít năng lượng bị lãng phí giữa các sự kiện chuyển mạch trong một hệ thống công suất cao. Thành phần này cũng có sẵn dưới dạng biến thể một kênh (PS2802-1, xem bên dưới).

Các biến thể bốn kênh và một kênh, từ bảng dữ liệu PS2802-4.

Một loạt các hệ thống có thể được hưởng lợi từ việc sử dụng IC quang cách ly để cách ly, và bạn có thể tìm thấy các thành phần bạn cần cho hệ thống tiếp theo của mình với các tính năng tìm kiếm và lọc thành phần từ Octopart.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.