trên 2024/08/28 345

PhotoCoupler, opto-coupler & opto-isolator đã giải thích

Trong thế giới điện tử, điều thực sự quan trọng là đảm bảo rằng các tín hiệu có thể di chuyển trơn tru và an toàn từ mạch này sang mạch khác, đặc biệt là khi các mạch này hoạt động với các mức điện áp khác nhau hoặc bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn điện.PhotoCouplers, còn được gọi là OPTOCOUTHERS hoặc OPTO-isolator, giúp làm cho điều này xảy ra.Các thiết bị nhỏ này sử dụng ánh sáng để gửi tín hiệu giữa các mạch trong khi giữ chúng riêng biệt, giúp bảo vệ các bộ phận nhạy cảm khỏi bị hư hại.Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá cách thức hoạt động của PhotoCoupler, nơi chúng được sử dụng và tại sao chúng rất hữu ích trong các thiết bị điện tử ngày nay.

Danh mục

Hình 1: Thành phần PhotoCoupler

Hiểu bộ ghép quang

Bộ ghép quang, còn được gọi là OPTOCOUPLER hoặc Optoisolators, là các thiết bị cho phép tín hiệu chuyển từ mạch điện này sang mạch điện khác trong khi giữ chúng tách biệt với nhau.Công việc chính của bộ ghép quang là đảm bảo rằng các tín hiệu từ một mạch don don can thiệp vào một mạch khác, đặc biệt là khi các mạch có mức điện áp khác nhau hoặc khi một mạch có thể có nhiễu điện.Sự phân tách này được thực hiện bằng cách sử dụng ánh sáng, vì vậy tín hiệu có thể được truyền lại mà không cần kết nối điện trực tiếp.

Hình 2: Chế độ xem mặt cắt ngang và biểu tượng của bộ ghép quang

Các bộ phận của bộ ghép quang

Một bộ ghép quang có hai phần chính:

Diode phát sáng (LED): Phần đầu tiên là đèn LED, ở phía đầu vào.Đèn LED này lấy tín hiệu điện và biến nó thành ánh sáng, thường là trong phạm vi hồng ngoại.Ánh sáng hồng ngoại thường được sử dụng vì nó hoạt động tốt cho mục đích này và dễ dàng cho phần tiếp theo phát hiện.

Photodetector: Phần thứ hai là bộ quang điện tử, ở phía đầu ra.Photodetector nhận được ánh sáng từ đèn LED và biến nó trở lại thành tín hiệu điện.Photodetector có thể là các loại thiết bị khác nhau, như phototransistor, photodiode hoặc photodarlington.Loại quang điện tử được sử dụng ảnh hưởng đến việc tín hiệu được xử lý nhanh như thế nào, độ nhạy của nó và tín hiệu đầu ra sẽ mạnh đến mức nào.

Cả LED và Photodetector đều nằm trong một gói, thường trông giống như một mạch tích hợp nhỏ (IC).Đèn LED và bộ quang điện tử được tách ra về mặt vật lý, điều này rất quan trọng vì nó đảm bảo rằng các mạch đầu vào và đầu ra không được kết nối trực tiếp.Sự phân tách này giữ cho các mạch an toàn khỏi các vấn đề điện như điện áp cao hoặc nhiễu có thể làm hỏng các bộ phận nhạy cảm.

Máy quang hợp hoạt động như thế nào?

Một bộ ghép quang là một thiết bị cho phép tín hiệu di chuyển giữa hai mạch riêng biệt trong khi giữ chúng cách xa nhau.Sự tách biệt này rất hữu ích trong việc bảo vệ các bộ phận tinh tế, điện áp thấp khỏi các gai cao áp và nhiễu điện.Quá trình bắt đầu khi một điện áp được áp dụng cho mạch đầu vào, cung cấp năng lượng cho đèn LED (diode phát sáng) bên trong bộ ghép quang.LED này sáng lên, thường phát sáng ánh sáng hồng ngoại, ít có khả năng bị xáo trộn bởi những ảnh hưởng bên ngoài.Ánh sáng sau đó di chuyển qua một hàng rào cách điện để tiếp cận bộ quang điện ở phía đầu ra.Photodetector, có thể là photodiode, phototransistor hoặc photothyristor, bắt được ánh sáng này và thay đổi nó trở lại thành tín hiệu điện.Tín hiệu điện mới này sau đó được gửi đến mạch đầu ra.

Các Lớp cách điện Giữa đèn LED và bộ quang điện tử là những gì ngăn cản các mạch đầu vào và đầu ra.Sự tách biệt này giúp bảo vệ các bộ phận điện áp thấp khỏi bị tổn hại bởi các gai điện áp cao hoặc tiếng ồn điện.Ánh sáng đi qua lớp cách điện cho phép tín hiệu di chuyển từ bên này sang bên kia mà không có bất kỳ tiếp xúc vật lý hoặc điện nào, làm cho nó an toàn cho các mạch để giao tiếp với nhau.

Khi bộ tách sóng nhận ánh sáng từ đèn LED, nó sẽ chuyển đổi ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện.Tín hiệu đầu ra này bằng điện tử giống như tín hiệu đầu vào, nhưng nó có thể được khuếch đại hoặc điều chỉnh, tùy thuộc vào những gì nó cần.Tín hiệu sau đó được sử dụng bởi mạch đầu ra để thực hiện nhiệm vụ cần thiết.

Ứng dụng của bộ ghép quang

Bộ ghép quang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử khác nhau vì chúng cung cấp cả sự cô lập và truyền tín hiệu rõ ràng.

Trong bảo vệ an toàn, bộ ghép quang đóng vai trò là rào cản giữa các mạch điện áp cao và điện áp thấp.Sự cô lập này ngăn chặn sự gia tăng điện áp cao từ các phần nhạy cảm gây hại, rất hữu ích trong các cài đặt trong đó tăng đột biến điện.

Khi nói đến việc giảm tiếng ồn, bộ lọc quang là vô cùng hữu ích.Chúng giúp giảm thiểu các tác động của nhiễu điện, đảm bảo tín hiệu mà đã gửi vẫn rõ ràng và ổn định.

Trong các mạch giao thoa, bộ ghép quang giúp các phần khác nhau của một hệ thống hoạt động ở các mức điện áp khác nhau để giao tiếp an toàn.Bằng cách sử dụng bộ ghép quang, bạn có thể kết nối các mạch mà không có nguy cơ bị hư hại do chênh lệch điện áp.

PhotoCoupler cũng là một phần quan trọng của việc chuyển đổi nguồn điện.Trong các ứng dụng này, chúng giữ các bộ phận điều khiển tách biệt với các đầu ra điện áp cao, đảm bảo rằng các tín hiệu điều khiển vẫn ổn định và đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện điện khó khăn.

Các gói Opto-Coupler và Opto-isolator

Hình 3: Các gói Opto-Coupler và Opto-isolator

Bộ ghép quang, còn được gọi là bộ khớp nối OPTO hoặc isolators, là các bộ phận điện tử sử dụng ánh sáng để gửi tín hiệu điện giữa hai mạch cần được giữ riêng.Sự phân tách này giúp ngăn chặn điện áp cao làm hỏng mạch nhận được tín hiệu.Thiết kế và đóng gói của các bộ phận này thay đổi tùy thuộc vào việc chúng được sử dụng trong các tình huống điện áp thấp hay điện áp cao.

Các ứng dụng điện áp thấp: Trong các thiết lập điện áp thấp, các khớp nối OPTO thường được tìm thấy trong các gói trông giống như các mạch tích hợp (ICS) hoặc các gói mạch tích hợp đường viền nhỏ (SOIC).Các định dạng này thường được sử dụng trong Công nghệ Mount Surface (SMT), giúp chúng dễ dàng phù hợp với các thiết kế điện tử nhỏ gọn hiện đại.Bao bì cho phép một phần dễ dàng được bao gồm trong các bảng mạch in (PCB) trong khi vẫn giữ các phần khác nhau của một mạch riêng biệt.

Ứng dụng điện áp cao: Đối với các tình huống điện áp cao, các bộ phân phối opto thường được thiết kế với bao bì mạnh hơn để xử lý điện áp cách ly cao hơn.Các gói này có thể là hình chữ nhật hoặc hình trụ và được tạo ra để cung cấp nhiều bảo vệ hơn các gói IC tiêu chuẩn.Tính năng này hữu ích trong các hệ thống điện hoặc các thiết lập khác trong đó chênh lệch điện áp giữa các mạch có thể lớn, đòi hỏi các biện pháp an toàn thêm.

Thuật ngữ và ký hiệu photocoupler

Hình 4: Biểu tượng sơ đồ mạch của bộ ghép quang

Mặc dù "opto-coupler" và "opto-isolator" thường được sử dụng có nghĩa là cùng một thứ, có những khác biệt nhỏ giữa chúng dựa trên cách chúng được sử dụng:

Opto-couple Thông thường đề cập đến các bộ phận được sử dụng trong các hệ thống trong đó chênh lệch điện áp giữa các mạch không vượt quá 5.000 volt.Những phần này thường được sử dụng để gửi tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số trên các mạch riêng biệt trong các thiết lập điện tử khác nhau.

Opto-isolators được thực hiện đặc biệt để sử dụng trong các hệ thống công suất cao trong đó chênh lệch điện áp có thể hơn 5.000 volt.Công việc chính là tương tự như vậy để gửi tín hiệu trong khi vẫn giữ cách tách điện, nhưng các bộ phận này được thực hiện để xử lý các thiết lập điện đòi hỏi khắt khe hơn được tìm thấy trong phân phối điện và hệ thống công nghiệp.

Trong các sơ đồ mạch, biểu tượng cho bộ ghép opto thường hiển thị đèn LED (hoạt động như máy phát) ở một bên và một phototransistor hoặc photodarlington (hoạt động như một máy thu) ở bên kia.Biểu tượng này cho thấy cách thức hoạt động ở bên trong, cho thấy cách sử dụng ánh sáng để tạo liên kết điện giữa các mạch riêng biệt.Đèn LED phát ra ánh sáng khi dòng điện chảy qua nó, sau đó được chọn bởi phototransistor, cho phép tín hiệu đi qua trong khi giữ các mạch điện tách biệt.

Thông số kỹ thuật chính của bộ ghép quang

Hình 5: Thời gian đầu vào-đầu ra-đầu ra và bộ thu-bộ thu-bộ thu các đặc tính điện áp phát điện

Khi chọn một bộ ghép quang, thật hữu ích khi hiểu các tính năng chính của nó để đảm bảo nó phù hợp với nhu cầu của bạn.

Tỷ lệ chuyển nhượng hiện tại (CTR): Đây là tỷ lệ của dòng đầu ra so với dòng điện đầu vào.Nói một cách đơn giản hơn, nó cho thấy mức hiện tại ở phía đầu vào được chuyển sang phía đầu ra.Các giá trị CTR có thể thay đổi rộng rãi, từ 10% đến hơn 5.000%, tùy thuộc vào loại bộ ghép quang.CTR cao hơn có nghĩa là thiết bị có hiệu quả hơn trong việc truyền tín hiệu từ đầu vào sang đầu ra, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng khi cần điều khiển tín hiệu chính xác.

Băng thông: Tính năng này cho bạn biết tốc độ tối đa mà tại đó bộ ghép quang có thể xử lý dữ liệu.Bộ lọc quang dựa trên phototransistor thường có băng thông khoảng 250 kHz, khiến chúng phù hợp với nhiều cách sử dụng phổ biến.Tuy nhiên, nếu bạn cần một cái gì đó nhanh hơn, hãy lưu ý rằng các bộ lọc quang dựa trên photodarlington có thể chậm hơn do thiết kế của chúng, điều này ảnh hưởng đến việc họ phản hồi nhanh như thế nào.

Đầu vào dòng điện: Điều này đề cập đến lượng dòng điện cần thiết để cung cấp năng lượng cho đèn LED ở phía đầu vào của bộ ghép quang.Dòng điện đầu vào là một yếu tố quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến số lượng năng lượng mà thiết bị sử dụng và mức độ hoạt động của nó với các phần khác trong mạch của bạn.

Thiết bị đầu ra Điện áp tối đa: Đối với bộ ghép quang dựa trên bóng bán dẫn, đây là điện áp cao nhất mà bóng bán dẫn đầu ra có thể xử lý.Điều quan trọng là đảm bảo rằng xếp hạng điện áp này cao hơn điện áp tối đa mà ứng dụng của bạn sẽ sử dụng, để tránh làm hỏng thiết bị.

Sự khác biệt giữa bộ ghép quang và rơle trạng thái rắn

Hình 6: PhotoCoupler và rơle trạng thái rắn

Bộ ghép quang và Rơle trạng thái rắn (SSRS) Cả hai sử dụng ánh sáng để cô lập tín hiệu, nhưng chúng được sử dụng theo những cách khác nhau dựa trên thiết kế của chúng.

Bộ ghép quang thường được sử dụng trong các tình huống công suất thấp trong đó mục tiêu chính là truyền và cô lập các tín hiệu.Chúng là lý tưởng để bảo vệ các bộ phận điện tử nhạy cảm khỏi các gai hoặc tiếng ồn điện áp cao, đảm bảo tín hiệu được truyền sạch từ một phần của mạch khác.

Rơle trạng thái rắn (SSR), mặt khác, được thiết kế để chuyển đổi mức công suất cao hơn.Không giống như bộ lọc quang, SSR thường có thêm các bộ phận như bảo vệ tăng đột biến và chuyển đổi không chéo (đối với tín hiệu AC), giúp giảm nhiễu điện và làm cho rơle kéo dài hơn.SSR thường lớn hơn và vì chúng xử lý các dòng điện cao hơn, chúng thường cần tản nhiệt để quản lý các thiết bị đầu cuối nhiệt và vít cho các kết nối an toàn.

Phần kết luận

Bộ phân tích photocouts giúp giữ cho các mạch an toàn và hoạt động tốt bằng cách cho phép tín hiệu đi qua trong khi giữ các mạch tách biệt.Chúng bảo vệ các mạch điện áp thấp khỏi các gai điện áp cao và giảm nhiễu điện, điều này khiến chúng rất hữu ích trong nhiều thiết bị điện tử.Cho dù chúng được sử dụng để chỉ đơn giản là truyền tín hiệu giữa các mạch hoặc trong các hệ thống năng lượng phức tạp hơn, chọn đúng bộ lọc quang điện tử cho dù đó là một bộ ghép opto tiêu chuẩn hay một bộ phân phối opto mạnh hơn có thể tạo ra sự khác biệt lớn trong việc hệ thống điện tử hoạt động tốt như thế nào.Khi công nghệ tiếp tục phát triển, các thiết bị này sẽ tiếp tục rất hữu ích, đóng vai trò là người bảo vệ các thiết bị điện tử của chúng tôi.

Câu hỏi thường gặp [Câu hỏi thường gặp]

1. Ứng dụng của bộ phân phối opto là gì?

Ứng dụng của bộ phân phối opto là giữ các phần khác nhau của mạch riêng biệt trong khi cho phép các tín hiệu vượt qua giữa chúng.Điều này giúp bảo vệ các bộ phận nhạy cảm của một mạch khỏi các gai điện áp cao hoặc nhiễu điện.Bộ phân phối opto thường được sử dụng trong nguồn cung cấp năng lượng, giao diện vi điều khiển và hệ thống điều khiển công nghiệp để ngăn chặn thiệt hại cho các thành phần điện áp thấp.

2. Khi nào bạn nên sử dụng một bộ phân phối opto?

Bạn nên sử dụng bộ phân phối opto khi bạn cần bảo vệ các bộ phận điện áp thấp của mạch khỏi độ dâng cao hoặc tiếng ồn điện.Nó cũng hữu ích khi các phần khác nhau trong hệ thống của bạn cần phải làm việc cùng nhau mà không được kết nối trực tiếp.Điều này rất hữu ích khi các mạch có mức mặt đất khác nhau hoặc khi chúng cần phải tách điện vì lý do an toàn.

3. Mục đích chính của OPTOCOUPLER là gì?

Mục đích chính của OPTOCOUDER là để tín hiệu đi qua giữa hai mạch riêng biệt bằng ánh sáng, trong khi giữ các mạch điện khác nhau.Điều này ngăn các mạch điện áp cao ảnh hưởng đến các mạch điện áp thấp, giúp bảo vệ các bộ phận tinh tế khỏi bị hư hại.

4. Tại sao bạn sẽ sử dụng OptoCoupler thay vì rơle?

Bạn sẽ sử dụng OPTOCOUTHER thay vì rơle khi bạn cần chuyển đổi nhanh hơn, tuổi thọ dài hơn và hoạt động yên tĩnh hơn.Không giống như rơle, OptoCoupler don don có các bộ phận chuyển động, vì vậy chúng có thể chuyển đổi nhanh hơn và kéo dài hơn.Họ cũng chiếm ít không gian hơn và cung cấp cách ly điện tốt hơn.

5. Những nhược điểm của OptoCoupler là gì?

Những nhược điểm của OptoCoupler bao gồm khả năng hạn chế của chúng để xử lý dòng điện cao và điện áp so với rơle.Một số bộ ghép optoClers, đặc biệt là những người có phototransistor, có thể chậm hơn để trả lời.Họ cũng có thể hao mòn theo thời gian vì đèn LED bên trong suy thoái.OPTOCOUTHERS có thể không phải là lựa chọn tốt nhất để kiểm soát công suất rất cao, nơi rơle hoặc rơle trạng thái rắn sẽ hoạt động tốt hơn.