Optocoupler: các loại và ứng dụng khác nhau trong mạch điện một chiều / xoay chiều

Opto-coupler là một thành phần điện tử chuyển tín hiệu điện giữa hai mạch cách ly. Optocoupler còn được gọi là Opto-isolator, photo coupler hoặc quang cách ly.

Thông thường trong các mạch điện, đặc biệt là các mạch điện áp thấp hoặc nhạy cảm với tiếng ồn cao, Optocoupler được sử dụng để cách ly mạch điện nhằm ngăn ngừa các cơ hội va chạm điện hoặc loại trừ các tiếng ồn không mong muốn. Trên thị trường thương mại hiện nay, chúng tôi có thể mua Opto-coupler với đầu vào 10 kV đến 20 kV để đầu ra công suất điện áp chịu đựng, với thông số kỹ thuật của quá độ điện áp 25 kV / uS.

Cấu trúc bên trong của Optocoupler

Đây là cấu trúc bên trong của bộ ghép quang. Ở phía bên trái chân 1 và chân 2 được tiếp xúc, đó là đèn LED (Light Emitting Diode), đèn LED phát ra tia hồng ngoại cho transistor cảm quangphía bên phải. Bóng bán dẫn quang chuyển mạch đầu ra bằng bộ thu và bộ phát của nó, giống như các bóng bán dẫn BJT điển hình. Cường độ của đèn LED điều khiển trực tiếp bóng bán dẫn quang. Vì đèn LED có thể được điều khiển bằng một mạch khác và bóng bán dẫn quang có thể điều khiển mạch khác nhau nên hai mạch độc lập có thể được điều khiển bằng Optocoupler. Ngoài ra, giữa bóng bán dẫn quang và đèn LED hồng ngoại, không gian là vật liệu trong suốt và không dẫn điện; nó đang cách điện hai đoạn mạch khác nhau. Không gian rỗng giữa đèn LED và bóng bán dẫn quang có thể được tạo ra bằng Thủy tinh, không khí hoặc nhựa trong suốt, độ cách ly điện cao hơn nhiều, thường là 10 kV hoặc cao hơn.

Các loại Optocouplers

Có nhiều loại Optocouplers khác nhau được bán trên thị trường dựa trên nhu cầu và khả năng chuyển mạch của chúng. Tùy thuộc vào việc sử dụng, chủ yếu có bốn loại optocouplers có sẵn.

Opto-coupler sử dụng Photo Transistor.
Opto-coupler sử dụng bóng bán dẫn Photo Darlington.
Opto-coupler sử dụng Photo TRIAC.
Opto-coupler sử dụng Photo SCR.

Optocoupler quang bán dẫn

Trong hình trên, cấu trúc bên trong được hiển thị bên trong Optocoupler quang bán dẫn. Loại Transistor có thể là bất cứ thứ gì dù PNP hay NPN.

Photo-Transistor có thể có thêm hai loại tùy thuộc vào tính khả dụng của chân đầu ra. Trên hình ảnh thứ hai bên trái, có thêm chân cắm được kết nối bên trong với đế của bóng bán dẫn. Đây pin 6 được sử dụng để kiểm soát độ nhạy của hình ảnh transistor. Thường chân được sử dụng để kết nối với đất hoặc âm sử dụng một điện trở có giá trị cao. Trong cấu hình này, việc kích hoạt sai do nhiễu hoặc quá độ điện có thể được kiểm soát một cách hiệu quả.

Ngoài ra, trước khi sử dụng optocoupler dựa trên Photo-transistor, người dùng phải biết định mức tối đa của bóng bán dẫn. PC816, PC817, LTV817, K847PH là một số bộ ghép quang dựa trên bóng bán dẫn quang được sử dụng rộng rãi. Ảnh - Bộ ghép quang dựa trên bóng bán dẫn được sử dụng trong cách ly liên quan đến mạch DC.

Optocoupler bóng bán dẫn Photo-Darlington

Trong hình trên có hai loại ký hiệu, cấu tạo bên trong của bộ ghép quang dựa trên Photo-Darlington được hiển thị.

Darlington Transistor là hai cặp bóng bán dẫn, trong đó một bóng bán dẫn điều khiển cơ sở bóng bán dẫn khác. Trong cấu hình này Transistor Darlington cung cấp khả năng khuếch đại cao. Như thường lệ đèn LED phát ra đèn hồng ngoại và điều khiển chân đế của cặp bóng bán dẫn.

Loại bộ ghép quang này cũng được sử dụng trong khu vực liên quan đến mạch DC để cách ly. Chân thứ 6 được kết nối bên trong với đế của bóng bán dẫn, được sử dụng để điều khiển độ nhạy của bóng bán dẫn như đã thảo luận trước đây trong phần mô tả bóng bán dẫn quang. 4N32, 4N33, H21B1, H21B2, H21B3 là một số ví dụ về bộ ghép quang dựa trên photo-Darlington.

Photo-TRIAC Optocoupler

Trong hình trên, cấu trúc bên trong hoặc bộ ghép quang dựa trên TRIAC được hiển thị.

TRIAC chủ yếu được sử dụng khi cần điều khiển hoặc chuyển mạch dựa trên AC. LED có thể được điều khiển bằng cách sử dụng DC và TRIAC được sử dụng để điều khiển AC. Opto-coupler cũng cung cấp khả năng cách ly tuyệt vời trong trường hợp này. Đây là một ứng dụng Triac. Các ví dụ về bộ ghép quang dựa trên ảnh TRIAC là IL420 , 4N35, v.v. là ví dụ về bộ ghép quang dựa trên TRIAC.

Optocoupler dựa trên Photo-SCR

SCR là viết tắt của bộ chỉnh lưu điều khiển Silicon, SCR còn được gọi là Thyristor. Trong hình trên, cấu trúc bên trong của bộ ghép quang dựa trên Photo-SCR được hiển thị. Giống như các bộ ghép quang khác, đèn LED phát ra tia hồng ngoại. SCR được điều khiển bởi cường độ của đèn LED. Opto-coupler dựa trên Photo-SCR được sử dụng trong mạch điện xoay chiều. Tìm hiểu thêm về Thyristor tại đây.

Một số ví dụ về bộ ghép nối quang dựa trên ảnh SCR là: - MOC3071, IL400, MOC3072, v.v.

Các ứng dụng của Optocoupler

Như đã thảo luận trước, một số Optocoupler được sử dụng trong mạch DC và một số Optocoupler được sử dụng trong các hoạt động liên quan đến AC. Vì Optocoupler không cho phép kết nối điện trực tiếp giữa hai bên, ứng dụng chính của Optocoupler là cách ly hai mạch.

Từ chuyển đổi ứng dụng khác, giống như nơi bóng bán dẫn có thể được sử dụng để chuyển đổi ứng dụng, Optocoupler có thể được sử dụng. Nó có thể được sử dụng trong các hoạt động khác nhau liên quan đến vi điều khiển nơi xung kỹ thuật số hoặc thông tin tương tự cần thiết từ mạch điện áp cao, Optocoupler có thể được sử dụng để cách ly tuyệt vời giữa hai điều này.

Opto-coupler có thể được sử dụng để phát hiện AC, các hoạt động liên quan đến điều khiển DC. Hãy xem một số ứng dụng của bóng bán dẫn Opto.

Optocoupler để chuyển mạch DC:

Trong mạch phía trên, một mạch optocoupler dựa trên Photo-Transistor được sử dụng. Nó sẽ hoạt động giống như một công tắc Transistor điển hình. Trong sơ đồ một bộ ghép quang dựa trên quang bán dẫn giá rẻ PC817 được sử dụng. Đèn led hồng ngoại sẽ được điều khiển bởi công tắc S1. Khi công tắc bật, nguồn pin 9V sẽ cung cấp dòng điện cho đèn LED thông qua điện trở giới hạn dòng 10k. Cường độ được điều khiển bởi điện trở R1. Nếu chúng ta thay đổi giá trị và làm cho điện trở thấp hơn, cường độ của led sẽ cao làm cho độ lợi của transistor cao.

Ở phía bên kia bóng bán dẫn là một bóng bán dẫn quang được điều khiển bởi đèn LED hồng ngoại bên trong, khi đèn LED phát ra ánh sáng hồng ngoại, bóng bán dẫn quang sẽ tiếp xúc và VOUT sẽ bằng 0 tắt tải được kết nối qua nó. Cần nhớ rằng theo biểu dữ liệu, dòng thu của bóng bán dẫn là 50mA. R2 cung cấp VOUT 5v. R2 là một điện trở kéo lên.

Bạn có thể xem việc chuyển đổi đèn LED bằng cách sử dụng bộ ghép quang trong video bên dưới…

Trong cấu hình này, bộ ghép quang dựa trên bóng bán dẫn có thể được sử dụng với bộ vi điều khiển để phát hiện xung hoặc ngắt.

Optocoupler để phát hiện điện áp AC:

Ở đây, một mạch khác được hiển thị để phát hiện điện áp AC. Đèn led hồng ngoại được điều khiển bằng cách sử dụng hai điện trở 100k. Hai điện trở 100k được sử dụng thay vì một điện trở 200k là để đảm bảo an toàn hơn cho tình trạng ngắn mạch liên quan. Đèn LED được kết nối qua ổ cắm trên tường Dòng (L) & Dòng trung tính (N). Khi nhấn S1, đèn led bắt đầu phát ra ánh sáng hồng ngoại. Bóng bán dẫn quang tạo phản hồi và chuyển đổi VOUT từ 5V sang 0V.

Trong cấu hình này, bộ ghép quang có thể được kết nối qua mạch điện áp thấp chẳng hạn như bộ vi điều khiển, nơi yêu cầu phát hiện điện áp AC. Đầu ra sẽ tạo ra xung vuông từ Cao đến Thấp.

Hiện tại, mạch đầu tiên được sử dụng để điều khiển hoặc chuyển mạch DC và mạch thứ hai là phát hiện mạch AC và điều khiển hoặc chuyển mạch DC. Tiếp theo chúng ta sẽ xem điều khiển mạch AC bằng mạch DC.

Optocoupler để điều khiển mạch AC sử dụng điện áp DC:

Ở mạch trên, LED lại được điều khiển bởi pin 9V thông qua điện trở 10k và trạng thái của công tắc. Ở phía bên kia, một bộ ghép nối quang dựa trên ảnh TRIAC được sử dụng để điều khiển ĐÈN AC từ ổ cắm AC 220V. Điện trở 68R được sử dụng để điều khiển TRIAC BT136 được điều khiển bởi photo-TRIAC bên trong bộ ghép nối quang.

Loại cấu hình này được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện sử dụng mạch điện áp thấp. IL420 được sử dụng trong sơ đồ trên là bộ ghép nối quang dựa trên ảnh TRIAC.

Khác với loại mạch này, bộ ghép quang có thể được sử dụng trong SMPS để gửi thông tin về tình trạng ngắn mạch hoặc quá dòng phía thứ cấp tới phía sơ cấp.

Nếu bạn muốn xem IC Optocoupler hoạt động thực tế, hãy kiểm tra các mạch bên dưới:

Giới thiệu về Octocoupler và Interfacing với ATmega8
Đồng hồ đo năng lượng trả trước sử dụng GSM và Arduino
Mạch điều khiển từ xa IR TRIAC Dimmer
Đèn khẩn cấp Raspberry Pi với tính năng phát hiện bóng tối và ngắt dòng điện AC
Tự động hóa nhà điều khiển từ xa bằng IR sử dụng Vi điều khiển PIC