na 2024/08/28 358

Fotocouplere, opto-couplers a opto-izolátory vysvetlili

Vo svete elektroniky je skutočne dôležité zabezpečiť, aby sa signály mohli hladko a bezpečne pohybovať z jedného obvodu do druhého, najmä ak tieto obvody pracujú s rôznymi úrovňami napätia alebo sú ovplyvnené elektrickým šumom.Fotocouplery, ktoré sa tiež nazývajú optocouplery alebo opto-izolátory, pomáhajú dosiahnuť to.Tieto malé zariadenia používajú svetlo na odosielanie signálov medzi obvodmi a zároveň ich udržiavajú oddelene, čo pomáha chrániť citlivé časti pred poškodením.V tomto článku preskúmame, ako fotokouplery fungujú, kde sa používajú a prečo sú dnes v elektronike také užitočné.

Katalóg

Obrázok 1: Fotocoupler Komponent

Pochopenie fotokouplerov

Fotocouplere, tiež nazývané optocouplery alebo optoizolátory, sú zariadenia, ktoré umožňujú signály prechádzať z jedného elektrického obvodu do druhého a zároveň ich udržiavajú oddelene od seba.Hlavnou úlohou fotokoupleru je zabezpečiť, aby signály z jedného obvodu nezasahovali do druhého, najmä ak obvody majú rôzne úrovne napätia alebo keď jeden obvod môže mať elektrický šum.Toto oddelenie sa vykonáva pomocou svetla, takže signál môže byť odovzdaný bez priameho elektrického pripojenia.

Obrázok 2: Prierezový pohľad a symbol fotokoupleru

Časti fotokoupleru

Fotocoupler má dve hlavné časti:

Dióda emitujúca svetlo (LED): Prvou časťou je LED, ktorá je na vstupnej strane.Táto LED berie elektrický signál a premení ho na svetlo, zvyčajne v infračervenom rozsahu.Infračervené svetlo sa často používa, pretože na tento účel funguje dobre a pre ďalšiu časť je ľahké zistiť.

Fotodetektor: Druhou časťou je fotodetektor, ktorý je na výstupnej strane.Fotodetektor prijíma svetlo z LED a premení ho späť na elektrický signál.Fotodetektorom môžu byť rôzne typy zariadení, ako je fototransistor, fotodióda alebo fotodarlington.Typ použitého fotodetektora ovplyvňuje to, ako rýchlo je signál spracovaný, aký citlivý je a aký silný bude výstupný signál.

LED aj fotodetektor sú vo vnútri jedného balíka, ktorý zvyčajne vyzerá ako malý integrovaný obvod (IC).LED a fotodetektor sú fyzicky oddelené, čo je veľmi dôležité, pretože zaisťuje, že vstupné a výstupné obvody nie sú priamo pripojené.Toto oddelenie chráni obvody v bezpečí pred elektrickými problémami, ako je vysoké napätie alebo hluk, ktoré by mohli poškodiť citlivé časti.

Ako fungujú fotokouplery?

Fotocoupler je zariadenie, ktoré umožňuje signálu pohybovať sa medzi dvoma samostatnými obvodmi a zároveň ich udržiava elektricky od seba.Toto oddelenie je veľmi užitočné pri ochrane jemných častí s nízkym napätím pred vysokými napätiami a elektrickým rušením.Proces sa začína, keď sa napätie aplikuje na vstupný obvod, ktorý poháňa LED (svetlo emitujúcu diódu) vo vnútri fotokoupleru.Toto LED sa rozsvieti, zvyčajne vydáva infračervené svetlo, čo je menej pravdepodobné, že ich naruší vonkajšie vplyvy.Svetlo potom prechádza cez izolačnú bariéru, aby dosiahla fotodetektor na výstupnej strane.Fotodetektor, ktorý by mohol byť fotodiódou, fotransistor alebo fototyristor, zachytí toto svetlo a mení ho späť na elektrický signál.Tento nový elektrický signál sa potom odošle na výstupný obvod.

Ten izolačná vrstva Medzi LED a fotodetektorom je to, čo udržuje vstupné a výstupné obvody od seba.Toto oddelenie pomáha chrániť časti nízkeho napätia pred poškodením vysokorovnatých špičiek alebo elektrickým hlukom.Svetlo prechádzajúce cez izolačnú vrstvu umožňuje signálu presúvať sa z jednej strany na druhú bez fyzického alebo elektrického kontaktu, vďaka čomu je obvody bezpečné, aby spolu obvody komunikovali.

Akonáhle fotodetektor dostane svetlo z LED, prevedie svetlo späť na elektrický signál.Tento výstupný signál je elektronicky rovnaký ako vstupný signál, ale môže byť zosilnený alebo upravený v závislosti od toho, čo je potrebné.Signál potom používa výstupný obvod na vykonanie požadovanej úlohy.

Aplikácie fotokouplerov

Fotoponplery sa široko používajú v rôznych elektronických zariadeniach, pretože poskytujú izoláciu aj priepustný prenos signálu.

V bezpečnostnej ochrane slúžia fotokouplery ako bariéra medzi obvodmi s vysokým napätím a nízkym napätím.Táto izolácia zastaví vysokonapäťové prepätia pred poškodením citlivých častí, čo je veľmi užitočné v nastaveniach, kde sú hroty výkonu bežné.

Pokiaľ ide o zníženie hluku, fotokouplery sú neuveriteľne užitočné.Pomáhajú minimalizovať účinky elektrického rušenia a zabezpečujú, aby bol zaslaný signál jasný a stabilný.

Pri obvodoch rozhrania umožňujú fotokouplery rôzne časti systému, ktoré pracujú na rôznych úrovniach napätia na bezpečnej komunikácii.Použitím fotokoupleru môžete pripojiť obvody bez rizika poškodenia rozdielov napätia.

Fotocouplere sú tiež kľúčovou súčasťou prepínania napájacích zdrojov.V týchto aplikáciách udržiavajú riadiace časti oddelené od výstupov vysokého napätia, čím sa zabezpečujú, že riadiace signály zostanú stabilné a spoľahlivé aj v tvrdých elektrických podmienkach.

Opto-coupler a opto-izolátor

Obrázok 3: Opto-coupler a opto-izolátorové balíčky

Fotocouplery, známe tiež ako opto-couplers alebo opto-izolátory, sú elektronické časti, ktoré používajú svetlo na odosielanie elektrických signálov medzi dvoma obvodmi, ktoré je potrebné udržiavať samostatné.Toto oddelenie pomáha zabrániť tomu, aby vysoké napätie poškodzovali obvod, ktorý prijíma signál.Návrh a balenie týchto častí sa menia v závislosti od toho, či sa používajú v situáciách s nízkym napätím alebo vysokým napätím.

Aplikácie s nízkym napätím: V nastaveniach s nízkym napätím sa opto-couplery zvyčajne nachádzajú v balíkoch, ktoré vyzerajú ako štandardné dvojité (DIL) integrované obvody (ICS) alebo malý obrys integrovaného obvodu (SOIC).Tieto formáty sa bežne používajú v technológii povrchovej montáže (SMT), čo uľahčuje ich zmestie do moderných kompaktných elektronických vzorov.Balenie umožňuje, aby bola časť ľahko zahrnutá do dosiek s tlačenými obvodmi (PCB) a zároveň udržiava rôzne časti obvodu samostatné.

Vysoké napájanie: V prípade situácií s vysokým napätím sú opto-izolátory často navrhnuté so silnejším obalom na zvládnutie vyšších izolačných napätí.Tieto balíčky môžu byť obdĺžnikové alebo valcové a sú vyrobené tak, aby poskytovali väčšiu ochranu ako štandardné balíčky IC.Táto funkcia je užitočná v napájacích systémoch alebo v iných nastaveniach, kde môže byť rozdiel medzi obvodmi veľký, čo si vyžaduje ďalšie bezpečnostné opatrenia.

Terminológia a symboly fotokouplerov

Obrázok 4: Symbol schémy obvodu fotokoupleru

Zatiaľ čo „Opto-Coupler“ a „Opto-izolator“ sa často používajú na to, aby znamenali to isté, medzi nimi existujú malé rozdiely na základe toho, ako sa používajú:

Opto-kaplota Zvyčajne sa vzťahuje na časti používané v systémoch, v ktorých rozdiel napätia medzi obvodmi neprechádza cez 5 000 voltov.Tieto časti sa často používajú na odosielanie analógových alebo digitálnych signálov v samostatných obvodoch v rôznych elektronických nastaveniach.

Optoizolátory sú špeciálne vyrobené na použitie vo vysoko výkonných systémoch, kde rozdiel napätia môže byť viac ako 5 000 voltov.Hlavná úloha je podobná - pri odosielaní signálov pri zachovaní elektrického oddelenia - ale tieto časti sú vyrobené tak, aby zvládli náročnejšie elektrické nastavenia nájdené v distribúcii energie a priemyselných systémoch.

V diagramoch okruhu symbol opto-coupler zvyčajne vykazuje LED (ktorá pôsobí ako vysielač) na jednej strane a fotransistor alebo fotodarlington (ktorý pôsobí ako prijímač) na druhej strane.Tento symbol ukazuje, ako časť funguje vo vnútri a ukazuje, ako sa svetlo používa na vytvorenie elektrického spojenia medzi samostatnými obvodmi.LED dióda vydáva svetlo, keď cez ňu preteká prúd, ktorý potom vyzdvihne fototransistor, čo umožňuje signálu prechádzať cez udržanie obvodov elektricky oddelené.

Kľúčové špecifikácie fotokouplerov

Obrázok 5: Časovanie vstupného výstupu fotokoupleru a charakteristiky napätia zberateľa-emitor

Pri výbere fotokoupleru je užitočné porozumieť jeho kľúčovým funkciám, aby sa zabezpečilo, že vyhovuje vašim potrebám.

Pomer prenosu prúdu (CTR): Toto je pomer výstupného prúdu k vstupnému prúdu.Zjednodušene povedané, ukazuje, koľko prúdu na vstupnej strane sa prenáša na výstupnú stranu.Hodnoty CTR sa môžu značne líšiť, od 10% do viac ako 5 000%, v závislosti od typu fotokoupleru.Vyšší CTR znamená, že zariadenie je účinnejšie pri odovzdávaní signálu zo vstupu na výstup, čo je dôležité pre aplikácie, kde je potrebné presné riadenie signálu.

Šírka pásma: Táto funkcia vám oznámi maximálnu rýchlosť, pri ktorej dokáže fotokoupler spracovať údaje.Fotocouplery založené na fototransistoroch majú zvyčajne šírku pásma okolo 250 kHz, čo ich robí vhodnými pre mnoho bežných použití.Ak však potrebujete niečo rýchlejšie, uvedomte si, že fotokouplery na báze fotodarlingtonu môžu byť kvôli ich dizajnu pomalšie, čo ovplyvňuje, ako rýchlo reagujú.

Vstupný prúd: Vzťahuje sa na množstvo prúdu potrebného na napájanie LED na vstupnej strane fotokoupleru.Vstupný prúd je dôležitým faktorom, pretože ovplyvňuje, koľko napájania zariadenia používa a ako dobre funguje s ostatnými časťami vášho obvodu.

Maximálne napätie výstupného zariadenia: V prípade tranzistorových fotobunktorov je to najvyššie napätie, ktoré výstupný tranzistor zvládne.Je dôležité zabezpečiť, aby bolo toto hodnotenie napätia vyššie ako maximálne napätie, ktoré vaša aplikácia používa, aby sa zabránilo poškodeniu zariadenia.

Rozdiely medzi fotokouplermi a relé v tuhých štátoch

Obrázok 6: Fotocoupler a relé v tuhom stave

Fotokouplery a Spevnostné relé (SSRS) Obidve používajú svetlo na izoláciu signálov, ale používajú sa rôznymi spôsobmi na základe ich dizajnu.

Fotoponplery sa všeobecne používajú v situáciách s nízkym výkonom, keď hlavným cieľom je vysielať a izolovať signály.Sú ideálne na ochranu citlivých elektronických častí pred vysokým napätím hrotov alebo šumom, čím sa zabezpečí čisto signál z jednej časti obvodu do druhého.

Na druhej strane sú relé (SSRS) v tuhom stave (SSRS) navrhnuté tak, aby zmenili vyššie úrovne výkonu.Na rozdiel od fotokouplerov majú SSR často ďalšie časti, ako je ochrana proti prepätiu a prepínanie nulového kríženia (pre striedavé signály), čo pomáha znižovať elektrický šum a spôsobuje, že relé vydrží dlhšie.SSR sú zvyčajne väčšie a pretože manipulujú s vyššími prúdmi, často potrebujú chladiče na riadenie tepelných a skrutkových svoriek pre bezpečné pripojenia.

Záver

Fotocouplere pomáhajú udržiavať obvody v bezpečí a dobre pracovať tým, že nechajú prejsť signály a zároveň udržiavať obvody oddelené.Chránia obvody nízkeho napätia pred vysokými napätiami a znižujú elektrický hluk, vďaka čomu sú v mnohých elektronických zariadeniach veľmi užitočné.Či už sú zvyknutí jednoducho odovzdávať signály medzi obvodmi alebo v zložitejších energetických systémoch, výber správneho fotocoupleru-či už ide o štandardný opto-coupler alebo silnejší optoizolátor-môže to urobiť veľký rozdiel v tom, ako dobre funguje elektronický systém.Keďže technológia neustále postupuje, tieto zariadenia budú naďalej veľmi užitočné a budú pôsobiť ako ochrancovia našich elektronických zariadení.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Aká je uplatňovanie opto-izolátora?

Aplikácia opto-izolátora je udržať rôzne časti obvodu oddelené a zároveň umožňuje medzi nimi signály.To pomáha chrániť citlivé časti obvodu pred vysokými napätiami alebo elektrickým hlukom.Optoizolátory sa často používajú v napájacích zdrojoch, rozhraniach mikrokontrolérov a systémov priemyselného riadenia, aby sa zabránilo poškodeniu nízko napätia komponentov.

2. Kedy by ste mali používať opto-izolátor?

Mali by ste použiť opto-izolátor, ak potrebujete chrániť časti obvodu s nízkym napätím pred vysokými napätiami alebo elektrickým hlukom.Je to tiež užitočné, keď rôzne časti vášho systému musia spolupracovať bez toho, aby boli priamo pripojení.Je to užitočné, keď majú obvody rôzne úrovne zeme alebo ak potrebujú zostať elektricky oddelené z bezpečnostných dôvodov.

3. Aký je hlavný účel optocoupleru?

Hlavným účelom optocoupleru je nechať signály prechádzať medzi dvoma samostatnými obvodmi pomocou svetla, pričom obvody udržiavajú elektricky od seba.To zabraňuje vysokonapäťovým obvodom ovplyvňovať obvody s nízkym napätím, čo pomáha chrániť jemné časti pred poškodením jemných častí.

4. Prečo by ste namiesto relé používali optoCoupler?

Ak potrebujete rýchlejšie prepínanie, dlhšiu životnosť a tichšiu prevádzku, použili by ste optoCoupler.Na rozdiel od relé, optoCouplery nemajú pohybujúce sa časti, takže môžu prepínať rýchlejšie a vydržať dlhšie.Zaberajú tiež menej miesta a poskytujú lepšiu elektrickú izoláciu.

5. Aké sú nevýhody optocouplerov?

Medzi nevýhody optoCouplers patrí ich obmedzená schopnosť zvládnuť vysoký prúd a napätie v porovnaní so relémi.Niektorí optocouplere, najmä tí, ktorí majú fototransistory, môžu byť pomalšie reagovať.Môžu sa tiež opotrebovať v priebehu času, pretože LED vo vnútri degraduje.Optocouplery nemusia byť najlepšou voľbou na kontrolu veľmi vysokého výkonu, kde by relé alebo pevné štátne relé fungovalo lepšie.