Optočlen: jeho typy a různé aplikace v stejnosměrných / střídavých obvodech

Optočlen je elektronická součástka, která přenáší elektrické signály mezi dvěma izolovanými obvody. Optočlen také nazývaný optický izolátor, fotopřipojovací člen nebo optický izolátor.

V obvodech, zejména obvodech s nízkým napětím nebo vysoce citlivých na hluk, se Optocoupler často používá k izolaci obvodů, aby se předešlo možným kolizím nebo aby se vyloučily nežádoucí zvuky. Na současném komerčním trhu si můžeme koupit optočlen se vstupním výkonem 10 kV až 20 kV, aby vydržel napěťovou kapacitu, se specifikací přechodových napětí 25 kV / uS.

Vnitřní struktura optočlenu

Toto je vnitřní struktura optočlenu. Na levé straně jsou kolíky 1 a 2 vystaveny, jedná se o LED (Light Emitting Diode), LED vydává infračervené světlo na fotocitlivý tranzistorpo pravé straně. Fototranzistor přepíná výstupní obvody svým kolektorem a emitorem, stejně jako typické BJT tranzistory. Intenzita LED přímo řídí fototranzistor. Vzhledem k tomu, že LED lze ovládat různými obvody a fototranzistor může ovládat různé obvody, takže optočlen může ovládat dva nezávislé obvody. Také mezi fototranzistorem a infračervenou LED je prostor průhledný a nevodivý materiál; elektricky izoluje dva různé obvody. Dutý prostor mezi LED a fototranzistorem lze vytvořit pomocí skla, vzduchu nebo průhledného plastu, elektrická izolace je mnohem vyšší, obvykle 10 kV nebo vyšší.

Typy optočlenů

Existuje mnoho různých typů optočlenů, které jsou komerčně dostupné na základě jejich potřeb a možností přepínání. V závislosti na použití jsou k dispozici hlavně čtyři typy optočlenů.

Optočlen, který používá foto tranzistor.
Optočlen, který používá tranzistor Photo Darlington.
Optočlen, který používá Photo TRIAC.
Optočlen, který používá Photo SCR.

Fototranzistorový optočlen

Na horním obrázku je vnitřní konstrukce zobrazena uvnitř fototranzistorového optočlenu. Typ tranzistoru může být cokoli, ať už PNP nebo NPN.

Fototranzistor může být dále dvou typů v závislosti na dostupnosti výstupního kolíku. Na druhém obrázku vlevo je další vývod, který je interně spojen se základnou tranzistoru. Tento pin 6 se používá k řízení citlivosti fototranzistoru. Pin se často používá ke spojení se zemí nebo záporem pomocí vysoce hodnotného rezistoru. V této konfiguraci lze účinně řídit falešné spouštění způsobené hlukem nebo elektrickými přechodovými jevy.

Před použitím optočlenu založeného na fototranzistoru musí uživatel znát také maximální hodnocení tranzistoru. PC816, PC817, LTV817, K847PH je několik široce používaných optočlenů založených na foto-tranzistorech. Foto - Transistorový optočlen se používá při izolaci stejnosměrných obvodů.

Foto-Darlingtonův tranzistorový optočlen

Na horním obrázku jsou dva typy symbolů, je znázorněna vnitřní konstrukce optočlenu na bázi Photo-Darlington.

Darlingtonův tranzistor je dvojice dvou tranzistorů, kde jeden tranzistor ovládá další tranzistorovou základnu. V této konfiguraci poskytuje Darlingtonův tranzistor schopnost vysokého zisku. Jako obvykle LED vyzařuje infračervené vedení a řídí základnu párového tranzistoru.

Tento typ optočlenu se také používá v oblasti stejnosměrného obvodu pro izolaci. Šestý kolík, který je interně připojen k základně tranzistoru, slouží k ovládání citlivosti tranzistoru, jak je popsáno výše v popisu fototranzistoru. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 je několik příkladů optočlenů založených na foto-Darlingtonu.

Optočlen Photo-TRIAC

Na horním obrázku je zobrazena vnitřní konstrukce nebo optočlen na bázi TRIAC.

TRIAC se používá hlavně tam, kde je potřeba ovládání nebo přepínání na bázi střídavého proudu. LED lze ovládat pomocí DC a TRIAC sloužící k ovládání AC. Optočlen poskytuje i v tomto případě vynikající izolaci. Zde je jedna aplikace Triac. Příklady optočlenů na bázi foto-TRIAC jsou IL420 , 4N35 atd. Jsou příklady optočlenů na bázi TRIAC.

Optočlen založený na Photo-SCR

Stojan SCR pro křemíkem řízený usměrňovač, SCR označovaný také jako tyristor. Na horním obrázku je zobrazena vnitřní konstrukce optického vazebního modulu založená na Photo-SCR. Stejně jako ostatní optické vazební členy vyzařuje LED infračervené záření. SCR je řízen intenzitou LED. Optočlen na bázi Photo-SCR používaný v obvodech souvisejících se střídavým proudem. Další informace o tyristoru najdete zde.

Několik příkladů optočlenů založených na foto-SCR: - MOC3071, IL400, MOC3072 atd.

Aplikace optočlenu

Jak již bylo zmíněno dříve, několik optočlenů používaných v stejnosměrných obvodech a několik optočlenů používaných v operacích souvisejících se střídavým proudem. Protože optočlen neumožňuje přímé elektrické spojení mezi dvěma stranami, hlavní aplikací optočlenu je izolovat dva obvody.

Od přepínání jiné aplikace, stejně jako tam, kde lze k přepínání aplikace použít tranzistor, lze použít optočlen. Může být použit v různých operacích souvisejících s mikrokontroléry, kde lze použít digitální pulsy nebo analogové informace potřebné z obvodů vysokého napětí, Optocoupler pro vynikající izolaci mezi těmito dvěma.

Pro detekci střídavého proudu, operace související se stejnosměrným ovládáním lze použít optický vazební člen. Podívejme se na několik aplikací opto-tranzistorů.

Optočlen pro přepínání stejnosměrného obvodu:

V horním obvodu se používá optočlenový obvod založený na fototranzistoru. Bude se chovat jako typický tranzistorový spínač. Ve schématu je použit nízkonákladový fototranzistor na bázi optočlenu PC817. Infra-červená LED bude řízen přepínačem S1. Když bude spínač zapnutý, 9V bateriový zdroj bude dodávat proud do LED přes odpor omezující proud 10k. Intenzita je řízena odporem R1. Změníme-li hodnotu a snížíme odpor, intenzita LED bude vysoká, čímž se zesílení tranzistoru zvýší.

Na druhé straně je tranzistor fototranzistor řízený interní infračervenou LED, když LED vydává infračervené světlo, foto tranzistor bude kontaktovat a VOUT bude 0 vypínat zátěž připojenou přes něj. Je třeba si uvědomit, že podle datového listu je kolektorový proud tranzistoru 50 mA. R2 poskytuje VOUT 5v. R2 je pull-up rezistor.

Přepínání LED pomocí optočlenu můžete vidět na videu níže…

V této konfiguraci může být optočlen na bázi fototranzistoru použit s mikrokontrolérem pro detekci pulzů nebo přerušení.

Optočlen pro detekci střídavého napětí:

Zde je zobrazen další obvod pro detekci střídavého napětí. Infračervená LED je řízena pomocí dvou 100k rezistorů. Dva 100k rezistory použité místo jednoho 200k rezistoru jsou pro větší bezpečnost při zkratu. LED je připojena přes síťovou zásuvku Line (L) a neutrální linku (N). Po stisknutí tlačítka S1 začne LED vydávat infračervené světlo. Fototranzistor reaguje a převádí VOUT z 5V na 0V.

V této konfiguraci lze optický vazební člen připojit přes nízkonapěťový obvod, jako je jednotka mikrokontroléru, kde je vyžadována detekce střídavého napětí. Výstup bude produkovat čtvercový pulz High to Low.

Nyní se první obvod používá k ovládání nebo spínání stejnosměrného obvodu a druhý k detekci střídavého obvodu a ovládání nebo spínání stejnosměrného obvodu. Dále uvidíme ovládání střídavého obvodu pomocí stejnosměrného obvodu.

Optočlen pro ovládání střídavého obvodu pomocí stejnosměrného napětí:

V horním obvodu LED je opět ovládána 9V baterií přes 10k rezistor a stav spínače. Na druhé straně se používá optický vazební člen na bázi foto-TRIAC, který ovládá AC LAMP ze zásuvky 220V AC. Rezistor 68R se používá k ovládání BT136 TRIAC, který je řízen foto-TRIAC uvnitř optické vazební jednotky.

Tento typ konfigurace se používá k ovládání elektrických spotřebičů pomocí nízkonapěťových obvodů. IL420 se používá v horním schématu, které je optočlenem založeným na foto-TRIAC.

Kromě tohoto typu obvodů lze v SMPS použít optický vazební člen k odesílání informací o zkratu na sekundární straně nebo o aktuálních podmínkách na primární stranu.

Pokud chcete vidět Optocoupler IC ve skutečné akci, zkontrolujte níže uvedené obvody:

Úvod do Octocoupler a propojení s ATmega8
Předplacený měřič energie využívající GSM a Arduino
IR dálkově ovládaný stmívací obvod TRIAC
Nouzové světlo Raspberry Pi s detektorem tmy a vypnutím elektrického vedení
IR dálkově ovládaná domácí automatizace pomocí mikrokontroléru PIC