Optocoupler: οι τύποι του και διάφορες εφαρμογές σε κυκλώματα dc / ac

Ο οπτοζεύκτης είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που μεταφέρει ηλεκτρικά σήματα μεταξύ δύο απομονωμένων κυκλωμάτων. Το Optocoupler ονομάζεται επίσης Opto-isolator, photo coupler ή optical isolator.

Συχνά σε κυκλώματα, ειδικά κυκλώματα χαμηλής τάσης ή πολύ ευαίσθητα στον θόρυβο, το Optocoupler χρησιμοποιείται για την απομόνωση κυκλωμάτων για την αποφυγή πιθανών ηλεκτρικών συγκρούσεων ή για τον αποκλεισμό ανεπιθύμητων θορύβων. Στην παρούσα εμπορική αγορά, μπορούμε να αγοράσουμε Opto-ζεύκτη με είσοδο 10 kV έως 20 kV για έξοδο αντοχής σε χωρητικότητα τάσης, με προδιαγραφή μεταβατικών τάσεων 25 kV / uS.

Εσωτερική δομή του Optocoupler

Αυτή είναι η εσωτερική δομή του οπτοζεύκτη. Στην αριστερή πλευρά ο πείρος 1 και ο πείρος 2 είναι εκτεθειμένοι, είναι ένα LED (Light Emitting Diode), το LED εκπέμπει υπέρυθρο φως στο φωτοευαίσθητο τρανζίστορστη δεξιά πλευρά. Το φωτο-τρανζίστορ αλλάζει το κύκλωμα εξόδου από τον συλλέκτη και τον πομπό, όπως τα τυπικά τρανζίστορ BJT. Η ένταση του LED ελέγχει άμεσα το φωτο-τρανζίστορ. Δεδομένου ότι το LED μπορεί να ελεγχθεί από ένα διαφορετικό κύκλωμα και το τρανζίστορ φωτογραφιών μπορεί να ελέγξει διαφορετικά κυκλώματα, έτσι δύο ανεξάρτητα κυκλώματα μπορούν να ελεγχθούν από το Optocoupler. Επίσης, μεταξύ του φωτο-τρανζίστορ και του υπέρυθρου LED, ο χώρος είναι διαφανές και μη αγώγιμο υλικό. απομονώνει ηλεκτρικά δύο διαφορετικά κυκλώματα. Ο κοίλος χώρος μεταξύ LED και φωτο-τρανζίστορ μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας γυαλί, αέρα ή διαφανές πλαστικό, η ηλεκτρική απομόνωση είναι πολύ υψηλότερη, συνήθως 10 kV ή μεγαλύτερη.

Τύποι Optocouplers

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι Optocouplers που διατίθενται στο εμπόριο με βάση τις ανάγκες τους και τις δυνατότητες εναλλαγής. Ανάλογα με τη χρήση, διατίθενται κυρίως τέσσερις τύποι οπτικών ζεύξεων.

Οπτοζεύκτης που χρησιμοποιεί Photo Transistor.
Οπτοζεύκτης που χρησιμοποιεί Photo Darlington Transistor.
Οπτοζεύκτης που χρησιμοποιεί Photo TRIAC.
Οπτοζεύκτης που χρησιμοποιεί Photo SCR.

Φωτο-τρανζίστορ Optocoupler

Στην επάνω εικόνα η εσωτερική κατασκευή εμφανίζεται μέσα σε ένα φωτο-τρανζίστορ Optocoupler. Ο τύπος τρανζίστορ μπορεί να είναι οτιδήποτε είτε PNP είτε NPN.

Το Photo-Transistor μπορεί να αποτελείται από δύο τύπους ανάλογα με τη διαθεσιμότητα του πινέλου εξόδου. Στη δεύτερη εικόνα στα αριστερά, υπάρχει επιπλέον πινέζα που συνδέεται εσωτερικά με τη βάση τρανζίστορ. Αυτός ο πείρος 6 χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ευαισθησίας του φωτο-τρανζίστορ. Συχνά ο πείρος χρησιμοποιείται για σύνδεση με γείωση ή αρνητικό χρησιμοποιώντας αντίσταση υψηλής αξίας. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, η ψευδή ενεργοποίηση λόγω θορύβου ή ηλεκτρικών μεταβατικών μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά.

Επίσης, πριν από τη χρήση του φωτο-τρανζίστορ με βάση τον οπτοζεύκτη, ο χρήστης πρέπει να γνωρίζει τη μέγιστη βαθμολογία του τρανζίστορ. Οι PC816, PC817, LTV817, K847PH είναι λίγοι ευρέως χρησιμοποιούμενοι φωτο-τρανζίστορ με βάση τον οπτικό ζεύκτη. Photo - Οπτικοζεύκτης με βάση το τρανζίστορ χρησιμοποιείται σε απομόνωση που σχετίζεται με κύκλωμα DC.

Photo-Darlington Transistor Optocoupler

Στην επάνω εικόνα υπάρχουν δύο τύποι συμβόλων, εμφανίζεται η εσωτερική κατασκευή του οπτικού ζεύκτη που βασίζεται στο Photo-Darlington.

Το Darlington Transistor είναι δύο ζεύγος τρανζίστορ, όπου ένα τρανζίστορ ελέγχει άλλη βάση τρανζίστορ. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, το Darlington Transistor παρέχει υψηλή ικανότητα κέρδους. Ως συνήθως, το LED εκπέμπει υπέρυθρη λυχνία και ελέγχει τη βάση του ζεύγους τρανζίστορ.

Αυτός ο τύπος οπτικοζεύκτη χρησιμοποιείται επίσης σε περιοχή που σχετίζεται με κύκλωμα DC για την απομόνωση. Ο 6ος πείρος που συνδέεται εσωτερικά με τη βάση του τρανζίστορ, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ευαισθησίας του τρανζίστορ, όπως συζητήθηκε προηγουμένως στην περιγραφή φωτο-τρανζίστορ. Τα 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 είναι μερικά παραδείγματα οπτικών ζεύξεων που βασίζονται στη φωτογραφία-Darlington.

Photo-TRIAC Optocoupler

Στην επάνω εικόνα εμφανίζεται η εσωτερική κατασκευή ή ο οπτικός ζεύκτης με βάση το TRIAC.

Το TRIAC χρησιμοποιείται κυρίως όταν απαιτείται έλεγχος ή εναλλαγή με βάση το AC. Το led μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας DC και το TRIAC χρησιμοποιείται για τον έλεγχο AC. Ο οπτικός ζεύκτης παρέχει εξαιρετική απομόνωση και σε αυτήν την περίπτωση. Εδώ είναι μια εφαρμογή Triac. Τα παραδείγματα οπτικού ζεύκτη που βασίζονται στη φωτογραφία-TRIAC είναι τα IL420 , 4N35 κ.λπ. είναι παράδειγμα οπτικού ζεύκτη που βασίζεται σε TRIAC.

Optocoupler με βάση το Photo-SCR

SCR stand for Silicon ελεγχόμενο ανορθωτή, SCR αναφέρεται επίσης ως Thyristor. Στην επάνω εικόνα εμφανίζεται μια εσωτερική κατασκευή οπτικού ζεύκτη με βάση το Photo-SCR. Όπως και με άλλους οπτοζεύκτες, το LED εκπέμπει υπέρυθρες. Το SCR ελέγχεται από την ένταση του LED. Οπτοζεύκτης με βάση το Photo-SCR που χρησιμοποιείται σε κυκλώματα που σχετίζονται με AC. Μάθετε περισσότερα για το Thyristor εδώ.

Λίγα παραδείγματα οπτικών ζεύξεων που βασίζονται σε φωτο-SCR είναι: - MOC3071, IL400, MOC3072 κ.λπ.

Εφαρμογές του Optocoupler

Όπως συζητήθηκε προηγουμένως λίγα Optocoupler που χρησιμοποιούνται σε κύκλωμα DC και λίγα Optocoupler που χρησιμοποιούνται σε λειτουργίες που σχετίζονται με AC. Καθώς το Optocoupler δεν επιτρέπει άμεση ηλεκτρική σύνδεση μεταξύ των δύο πλευρών, η κύρια εφαρμογή του Optocoupler είναι η απομόνωση δύο κυκλωμάτων.

Από την εναλλαγή άλλης εφαρμογής, όπως και όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί τρανζίστορ για εναλλαγή εφαρμογής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί το Optocoupler. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες λειτουργίες σχετικές με μικροελεγκτή, όπου ψηφιακοί παλμοί ή αναλογικές πληροφορίες που απαιτούνται από κύκλωμα υψηλής τάσης, το Optocoupler μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξαιρετική απομόνωση μεταξύ αυτών των δύο.

Ο οπτο-ζεύκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση εναλλασσόμενου ρεύματος, τις σχετικές με τον έλεγχο DC λειτουργίες. Ας δούμε μερικές εφαρμογές Opto-τρανζίστορ.

Optocoupler για εναλλαγή κυκλώματος DC:

Στο ανώτερο κύκλωμα χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα οπτικοζεύκτη με βάση το Photo-Transistor. Θα λειτουργεί σαν ένας τυπικός διακόπτης τρανζίστορ. Στο σχηματικό, χρησιμοποιείται ένας φωτο-τρανζίστορ βασισμένος σε φωτο-τρανζίστορ PC817. Το υπέρυθρο LED θα ελέγχεται από το διακόπτη S1. Όταν ο διακόπτης θα είναι ενεργοποιημένος, η πηγή μπαταρίας 9V θα παρέχει ρεύμα στο LED μέσω της αντίστασης περιορισμού ρεύματος 10k. Η ένταση ελέγχεται από την αντίσταση R1. Εάν αλλάξουμε την τιμή και κάνουμε την αντίσταση χαμηλότερη, η ένταση του led θα είναι υψηλή κάνοντας το τρανζίστορ να πάρει υψηλό.

Από την άλλη πλευρά, το τρανζίστορ είναι ένα φωτο-τρανζίστορ που ελέγχεται από το εσωτερικό υπέρυθρο φως, όταν το led εκπέμπει υπέρυθρο φως το τρανζίστορ φωτογραφιών θα έρθει σε επαφή και το VOUT θα απενεργοποιήσει το φορτίο που είναι συνδεδεμένο σε αυτό. Πρέπει να θυμόμαστε ότι, σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων, το ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ είναι 50mA. Το R2 παρέχει το VOUT 5v. Το R2 είναι μια αντίσταση pull-up.

Μπορείτε να δείτε την εναλλαγή ενός LED χρησιμοποιώντας οπτικό ζεύκτη στο παρακάτω βίντεο…

Σε αυτήν τη διαμόρφωση ο οπτο-συζευκτήρας που βασίζεται σε φωτο-τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον μικροελεγκτή για την ανίχνευση παλμών ή διακοπής.

Optocoupler για την ανίχνευση τάσης AC:

Εδώ εμφανίζεται ένα άλλο κύκλωμα που ανιχνεύει την τάση AC. Η υπέρυθρη λυχνία ελέγχεται χρησιμοποιώντας δύο αντιστάσεις 100k. Η αντίσταση των 100k που χρησιμοποιείται αντί μιας αντίστασης 200k είναι για επιπλέον ασφάλεια για κατάσταση σχετική με βραχυκύκλωμα. Η λυχνία LED είναι συνδεδεμένη σε γραμμή πρίζας (L) και ουδέτερη γραμμή (N). Όταν πατηθεί το S1, το led αρχίζει να εκπέμπει υπέρυθρο φως. Το τρανζίστορ φωτογραφιών ανταποκρίνεται και μετατρέπει το VOUT από 5V σε 0V.

Σε αυτήν τη διαμόρφωση ο οπτο-ζεύκτης μπορεί να συνδεθεί σε κύκλωμα χαμηλής τάσης όπως η μονάδα μικροελεγκτή όπου απαιτείται ανίχνευση τάσης AC. Η έξοδος θα παράγει τετραγωνικό παλμό High to Low.

Από τώρα το πρώτο κύκλωμα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ή την εναλλαγή του κυκλώματος DC και το δεύτερο είναι για την ανίχνευση του κυκλώματος εναλλασσόμενου ρεύματος και τον έλεγχο ή το κύκλωμα εναλλαγής DC. Στη συνέχεια θα δούμε τον έλεγχο του κυκλώματος AC χρησιμοποιώντας κύκλωμα DC.

Optocoupler για τον έλεγχο του κυκλώματος AC χρησιμοποιώντας τάση DC:

Στο άνω κύκλωμα Η LED ελέγχεται και πάλι από μπαταρία 9V μέσω αντίστασης 10k και την κατάσταση του διακόπτη. Από την άλλη πλευρά χρησιμοποιείται ένας οπτικός-συζευκτήρας που βασίζεται στη φωτογραφία-TRIAC, ο οποίος ελέγχει το AC LAMP από την έξοδο 220V AC. Η αντίσταση 68R χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του BT136 TRIAC που ελέγχεται από το φωτο-TRIAC μέσα στη μονάδα οπτικοζεύκτη.

Αυτός ο τύπος διαμόρφωσης χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ηλεκτρικών συσκευών χρησιμοποιώντας κύκλωμα χαμηλής τάσης. Το IL420 χρησιμοποιείται στο άνω σχηματικό που είναι ένας φωτο-TRIAC βασισμένος σε Opto-ζεύκτη.

Εκτός από αυτόν τον τύπο κυκλώματος, ένας οπτο-ζεύκτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε SMPS για την αποστολή δευτερεύουσας πλευράς βραχυκυκλώματος ή για πληροφορίες σχετικά με τις τρέχουσες συνθήκες στην κύρια πλευρά.

Αν θέλετε να δείτε το Optocoupler IC σε πραγματική δράση, ελέγξτε τα παρακάτω κυκλώματα:

Εισαγωγή στο Octocoupler και Interfacing με ATmega8
Προπληρωμένος μετρητής ενέργειας χρησιμοποιώντας GSM και Arduino
IR Remote Controlled TRIAC Dimmer Circuit
Raspberry Pi Light Light with Darkness και AC Power Line Off Detector
IR Remote Controlled Home Automation χρησιμοποιώντας PIC Microcontroller