Optokopplare: dess typer och olika tillämpningar i likströmskretsar

Optokopplare är en elektronisk komponent som överför elektriska signaler mellan två isolerade kretsar. Optokopplare kallas även Opto-isolator, fotokopplare eller optisk isolator.

Ofta i kretsar, särskilt lågspännings- eller högljuskänsliga kretsar, används Optocoupler för att isolera kretsar för att förhindra elektriska kollisionsmöjligheter eller för att utesluta oönskade ljud. På den nuvarande kommersiella marknaden kan vi köpa Opto-coupler med 10 kV till 20 kV ingång för att motstå spänningskapacitet, med en specifikation på 25 kV / uS spänningstransienter.

Intern struktur för optokopplare

Detta är optokopplarens interna struktur. På vänster sida är stift 1 och stift 2 exponerade, det är en LED (Light Emitting Diode), LED avger infrarött ljus till den ljuskänsliga transistornpå höger sida. Fototransistorn växlar utgångskretsen med sin samlare och sändare, samma som typiska BJT-transistorer. Lysdiodsintensiteten styr direkt fototransistorn. Eftersom lysdioden kan styras av en annan krets och fototransistorn kan styra olika kretsar så att två oberoende kretsar kan styras av Optocoupler. Mellan fototransistorn och den infraröda lysdioden är utrymmet transparent och icke-ledande material. den isolerar två olika kretsar elektriskt. Det ihåliga utrymmet mellan LED och fototransistor kan göras med glas, luft eller genomskinlig plast, den elektriska isoleringen är mycket högre, vanligtvis 10 kV eller högre.

Typer av optokopplare

Det finns många olika typer av optokopplare som är tillgängliga kommersiellt baserat på deras behov och växlingsmöjligheter. Beroende på användning finns det huvudsakligen fyra typer av optokopplare.

Optokopplare som använder Photo Transistor.
Optokopplare som använder Photo Darlington Transistor.
Optokopplare som använder Photo TRIAC.
Optokopplare som använder Photo SCR.

Fototransistor optokopplare

I den övre bilden visas den inre konstruktionen inuti en Photo-transistor Optocoupler. Transistortypen kan vara vad som helst PNP eller NPN.

Photo-Transistor kan vara ytterligare av två typer beroende på utgångsstiftets tillgänglighet. På den andra bilden till vänster finns det ytterligare stift ut som är internt anslutet till transistorns bas. Denna stift 6 används för att kontrollera känsligheten hos fototransistorn. Stiftet används ofta för att ansluta till jord eller negativt med hjälp av ett motstånd med högt värde. I denna konfiguration kan falsk utlösning på grund av brus eller elektriska transienter styras effektivt.

Innan man använder fototransistorbaserad optokopplare måste användaren också känna till transistorns maximala betyg. PC816, PC817, LTV817, K847PH är få ofta använda fototransistorbaserade optokopplare. Foto - Transistorbaserad optokopplare används vid likströmskretsrelaterad isolering.

Photo-Darlington Transistor Optocoupler

I den övre bilden finns två typer av symboler, intern konstruktion av Photo-Darlington- baserad optokopplare visas.

Darlington Transistor är två transistorpar, där en transistor styr andra transistorbaser. I denna konfiguration ger Darlington Transistor hög förstärkningsförmåga. Som vanligt sänder LED-lampan infraröd ledning och styr basen på par-transistorn.

Denna typ av optokopplare används också i DC-kretsrelaterat område för isolering. Den sjätte stiftet som är internt ansluten till basen av transistorn, används för att kontrollera känsligheten hos transistorn som diskuterats tidigare i fototransistorbeskrivningen. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 är få exempel på foto-Darlington-baserat optokopplingsexempel.

Photo-TRIAC optokopplare

I den övre bilden visas den interna konstruktionen eller den TRIAC- baserade optokopplaren.

TRIAC används främst där AC-baserad styrning eller växling behövs. Ledningen kan styras med DC, och TRIAC används för att styra AC. Optokopplaren ger utmärkt isolering även i detta fall. Här är en Triac-applikation. De foto-TRIAC-baserade optokopplingsexemplen är IL420 , 4N35 etc är exempel på TRIAC-baserad optokopplare.

Foto-SCR-baserad optokopplare

SCR-stativ för kiselstyrd likriktare, SCR kallas även Thyristor. I den övre bilden visas en Photo-SCR-baserad optokopplingens interna konstruktion. Samma som som andra optokopplare lyser LED-lampan infraröd. SCR styrs av intensiteten på lysdioden. Foto-SCR-baserad optokopplare som används i växelströmsrelaterade kretsar. Läs mer om Thyristor här.

Få exempel på foto-SCR-baserade optokopplare är: - MOC3071, IL400, MOC3072 etc.

Tillämpningar av optokopplare

Som diskuterats tidigare användes få optokopplare som används i likströmskrets och få optokopplare som används i växelströmsrelaterade operationer. Eftersom Optocoupler inte tillåter direkt elektrisk anslutning mellan två sidor är Optocouplers huvudsakliga tillämpning att isolera två kretsar.

Från att byta annan applikation, samma som där transistor kan användas för att byta applikation, kan optokopplaren användas. Den kan användas i olika mikrokontrollerrelaterade operationer där digitala pulser eller analog information som behövs från en högspänningskrets, Optocoupler kan användas för utmärkt isolering mellan dessa två.

Optokopplare kan användas för växelströmsdetektering, likströmskontrollrelaterade operationer. Låt oss se några tillämpningar av Opto-transistorer.

Optokopplare för växling av DC-krets:

I den övre kretsen används en Photo-Transistor-baserad optokopplingskrets. Det kommer att fungera som en typisk transistoromkopplare. I schemat används en billig fototransistorbaserad optokopplare PC817. Den infraröda lysdioden styrs av S1-omkopplaren. När omkopplaren är på kommer 9V-batterikällan att ge ström till lysdioden via strömbegränsningsmotståndet 10k. Intensiteten styrs av R1-motståndet. Om vi ändrar värdet och gör motståndet lägre blir intensiteten på ledningen hög vilket gör att transistorn blir hög.

På andra sidan är transistorn en fototransistor som styrs av den interna infraröda ledningen, när den ledde avger infrarött ljus kommer fototransistorn att kontakta och VOUT kommer att stänga av den belastning som är ansluten över den. Det är nödvändigt att komma ihåg att enligt databladet är transistorns kollektorström 50mA. R2 ger VOUT 5v. R2 är ett uppdragningsmotstånd.

Du kan se omkopplingen av en LED med optokopplare i videon nedan…

I denna konfiguration kan den fototransistorbaserade optokopplaren användas med mikrokontrollern för att detektera pulser eller avbryta.

Optokopplare för detektering av växelspänning:

Här visas en annan krets för att detektera växelspänningen. Den infraröda lysdioden styrs med två 100 k motstånd. De två 100k-motståndet som används istället för ett 200k-motstånd är för extra säkerhet för kortslutningsrelaterat tillstånd. Lysdioden är ansluten över vägguttaget Line (L) & Neutral line (N). När S1 trycks in börjar lysdioden avge infrarött ljus. Fototransistorn svarar och omvandlar VOUT från 5V till 0V.

I denna konfiguration kan optokopplaren anslutas över lågspänningskrets, t.ex. mikrokontroller, där detektering av växelspänning krävs. Utgången kommer att producera fyrkantig hög till låg puls.

Från och med nu används den första kretsen för att styra eller växla likströmskretsen och den andra är att detektera växelströmskretsen och styra eller växla likströmskretsen. Därefter ser vi styrning av växelströmskrets med DC-krets.

Optokopplare för styrning av växelströmskrets med likspänning:

I den övre kretsen styrs lysdioden igen av 9V batteri genom 10k motstånd och strömställarens tillstånd. På andra sidan används en foto-TRIAC-baserad optokopplare som styr AC-LAMPAN från 220V AC-uttaget. 68R-motståndet används för att styra BT136 TRIAC som styrs av foto-TRIAC inuti optokopplingsenheten.

Denna typ av konfiguration används för att styra elektriska apparater med lågspänningskretsar. IL420 används i den övre schematiken som är en foto-TRIAC-baserad optokopplare.

Annat än denna typ av kretsar kan en optokopplare användas i SMPS för att skicka kortslutnings- eller överströmsinformation till sekundärsidan till primärsidan.

Om du vill se Optocoupler IC i verklig handling, kolla nedan kretsar:

Introduktion till Octocoupler och gränssnitt med ATmega8
Förbetald energimätare med GSM och Arduino
IR-fjärrstyrd TRIAC-dimmerkrets
Raspberry Pi Emergency Light med mörker och nätströmsledningsdetektor
IR-fjärrstyrd hemautomation med PIC Microcontroller