sur 2024/08/28 352

Photocoupleurs, opto-coupères et opto-isolators expliqués

Dans le monde de l'électronique, il est vraiment important de s'assurer que les signaux peuvent se déplacer en douceur et en toute sécurité d'un circuit à un autre, en particulier lorsque ces circuits fonctionnent avec différents niveaux de tension ou sont affectés par le bruit électrique.Les photocoupleurs, qui sont également appelés optocoupleurs ou opto-isolators, aident à y arriver.Ces petits appareils utilisent la lumière pour envoyer des signaux entre les circuits tout en les gardant séparés, ce qui aide à protéger les pièces sensibles contre les dommages.Dans cet article, nous explorerons comment fonctionnent les photocoupleurs, où ils sont utilisés et pourquoi ils sont si utiles en électronique aujourd'hui.

Catalogue

Figure 1: composant de photocoupleur

Comprendre les photocoupleurs

Photocoupleurs, également appelés optocoupleurs ou optoisolators, sont des dispositifs qui permettent aux signaux de passer d'un circuit électrique à un autre tout en les gardant séparés les uns des autres.Le travail principal d'un photocoupleur est de s'assurer que les signaux d'un circuit n'interfèrent pas avec un autre, surtout lorsque les circuits ont des niveaux de tension différents ou lorsqu'un circuit peut avoir un bruit électrique.Cette séparation se fait à l'aide de la lumière, de sorte que le signal peut être transmis sans connexion électrique directe.

Figure 2: Vue en coupe et symbole d'un photocoupleur

Parties d'un photocoupleur

Un photocoupleur a deux pièces principales:

Diode émettrice de lumière (LED): La première partie est la LED, qui est du côté d'entrée.Cette LED prend le signal électrique et la transforme en lumière, généralement dans la plage infrarouge.La lumière infrarouge est souvent utilisée car elle fonctionne bien à cet effet et est facile pour la prochaine partie à détecter.

Photodétecteur: La deuxième partie est le photodétecteur, qui est du côté de la sortie.Le photodétecteur reçoit la lumière de la LED et la transforme en signal électrique.Le photodétecteur peut être différents types d'appareils, comme un phototransistor, une photodiode ou un photodarlington.Le type de photodétecteur utilisé affecte à quelle vitesse le signal est traité, à quel point il est sensible et à sa force le signal de sortie.

La LED et le photodétecteur sont à l'intérieur d'un ensemble, qui ressemble généralement à un petit circuit intégré (IC).La LED et le photodétecteur sont physiquement séparés, ce qui est très important car il garantit que les circuits d'entrée et de sortie ne sont pas directement connectés.Cette séparation maintient les circuits à l'abri des problèmes électriques comme une haute tension ou un bruit qui pourrait endommager les pièces sensibles.

Comment fonctionnent les photocoupleurs?

Un photocoupleur est un dispositif qui permet à un signal de se déplacer entre deux circuits séparés tout en les gardant électriquement séparément les uns des autres.Cette séparation est très utile pour protéger les pièces délicates et basse tension des pointes haute tension et des interférences électriques.Le processus démarre lorsqu'une tension est appliquée au circuit d'entrée, qui alimente une LED (diode émettrice de lumière) à l'intérieur du photocoupleur.Cette LED s'allume, dégageant généralement la lumière infrarouge, qui est moins susceptible d'être dérangée par les influences extérieures.La lumière se déplace ensuite à travers une barrière isolante pour atteindre le photodétecteur du côté de la sortie.Le photodétecteur, qui pourrait être une photodiode, un phototransistor ou un photothyristor, attrape cette lumière et la transforme en un signal électrique.Ce nouveau signal électrique est ensuite envoyé au circuit de sortie.

Le couche isolante Entre la LED et le photodétecteur se trouve ce qui maintient les circuits d'entrée et de sortie.Cette séparation aide à protéger les pièces basse tension contre les préjudices à haute tension ou le bruit électrique.La lumière traversant la couche isolante permet au signal de se déplacer d'un côté à l'autre sans aucun contact physique ou électrique, ce qui rend sécurisé les circuits de communiquer entre eux.

Une fois que le photodétecteur reçoit la lumière de la LED, il transforme la lumière en signal électrique.Ce signal de sortie est électroniquement le même que le signal d'entrée, mais il peut être amplifié ou ajusté, selon ce dont il est nécessaire.Le signal est ensuite utilisé par le circuit de sortie pour effectuer la tâche requise.

Applications de photocoupleurs

Les photocoupleurs sont largement utilisés dans divers appareils électroniques car ils fournissent à la fois l'isolement et la transmission du signal clair.

Dans la protection de la sécurité, les photocoupleurs servent de barrière entre les circuits à haute tension et à basse tension.Cette isolation empêche les surtensions de haute tension de nuire aux parties sensibles, ce qui est très utile dans les paramètres où les pointes de puissance sont courantes.

En ce qui concerne la réduction du bruit, les photocoupleurs sont incroyablement utiles.Ils aident à minimiser les effets de l'interférence électrique, en s'assurant que le signal envoyé reste clair et stable.

Dans les circuits d'interfaçage, les photocoupleurs permettent à différentes parties d'un système qui fonctionnent à différents niveaux de tension pour communiquer en toute sécurité.En utilisant un photocoupleur, vous pouvez connecter des circuits sans risque de dommages causés par les différences de tension.

Les photocoupleurs sont également un élément clé de la commutation d'alimentation.Dans ces applications, ils gardent les pièces de contrôle séparées des sorties à haute tension, garantissant que les signaux de contrôle restent stables et fiables même dans des conditions électriques difficiles.

Packages opto-coupler et opto-isolator

Figure 3: Packages opto-coupler et opto-isolator

Les photocoupleurs, également appelés opto-coupleurs ou opto-isolators, sont des pièces électroniques qui utilisent la lumière pour envoyer des signaux électriques entre deux circuits qui doivent être séparés.Cette séparation aide à empêcher les hautes tensions de nuire au circuit qui reçoit le signal.La conception et l'emballage de ces pièces changent selon qu'ils sont utilisés dans des situations à basse tension ou à haute tension.

Applications à basse tension: Dans les configurations basse tension, les coupleurs opto se trouvent généralement dans des packages qui ressemblent à des circuits intégrés à double ligne (DIL) standard (ICS) ou à de petits packages de circuit intégré (SOIC).Ces formats sont couramment utilisés dans la technologie de montage de surface (SMT), ce qui les rend faciles à intégrer dans des conceptions électroniques modernes et compactes.L'emballage permet à la pièce d'être facilement incluse dans les circuits imprimés (PCB) tout en conservant différentes sections d'un circuit séparées.

Applications à haute tension: Pour les situations à haute tension, les opto-isolators sont souvent conçus avec un emballage plus fort pour gérer des tensions d'isolement plus élevées.Ces packages peuvent être rectangulaires ou cylindriques et sont conçus pour fournir plus de protection que les packages IC standard.Cette fonctionnalité est utile dans les systèmes d'alimentation ou d'autres configurations où la différence de tension entre les circuits peut être importante, nécessitant des mesures de sécurité supplémentaires.

Terminologie et symboles du photocoupleur

Figure 4: Symbole du diagramme de circuit d'un photocoupleur

Alors que "opto-coupler" et "opto-isolator" sont souvent utilisés pour signifier la même chose, il existe de petites différences entre eux en fonction de la façon dont ils sont utilisés:

Couple d'opto Se fait généralement référence aux pièces utilisées dans les systèmes où la différence de tension entre les circuits ne dépasse pas 5 000 volts.Ces pièces sont souvent utilisées pour envoyer des signaux analogiques ou numériques sur des circuits séparés dans différentes configurations électroniques.

Opto-isolators sont spécialement conçus pour être utilisés dans des systèmes de haute puissance où la différence de tension peut être supérieure à 5 000 volts.Le travail principal est similaire - pour envoyer des signaux tout en conservant la séparation électrique - mais ces pièces sont conçues pour gérer les configurations électriques les plus exigeantes trouvées dans la distribution d'énergie et les systèmes industriels.

Dans les diagrammes de circuits, le symbole d'un coupleur opto montre généralement une LED (qui agit comme l'émetteur) d'un côté et un phototransistor ou un photodarlington (qui agit comme le récepteur) de l'autre.Ce symbole montre comment la pièce fonctionne à l'intérieur, montrant comment la lumière est utilisée pour créer un lien électrique entre les circuits séparés.La LED dégage de la lumière lorsque le courant le traverse, qui est ensuite ramassé par le phototransistor, permettant au signal de passer tout en gardant les circuits électriquement séparés.

Spécifications clés des photocoupleurs

Figure 5: Timing d'entrée-entrée du photocoupleur et caractéristiques de tension collector-émetteur

Lors du choix d'un photocoupleur, il est utile de comprendre ses principales caractéristiques pour s'assurer qu'elle correspond à vos besoins.

Ratio de transfert de courant (CTR): Il s'agit du rapport du courant de sortie au courant d'entrée.En termes plus simples, il montre la quantité de courant du côté d'entrée est transféré du côté de sortie.Les valeurs CTR peuvent varier considérablement, de 10% à plus de 5 000%, selon le type de photocoupleur.Un CTR plus élevé signifie que le dispositif est plus efficace pour passer le signal de l'entrée à la sortie, ce qui est important pour les applications où un contrôle précis du signal est nécessaire.

Bande passante: Cette fonctionnalité vous indique la vitesse maximale à laquelle le photocoupleur peut gérer les données.Les photocoupleurs à base de phototransistor ont généralement une bande passante d'environ 250 kHz, ce qui les rend adaptés à de nombreuses utilisations courantes.Cependant, si vous avez besoin de quelque chose de plus rapide, sachez que les photocoupleurs basés sur Photodarlington peuvent être plus lents en raison de leur conception, ce qui affecte la rapidité avec laquelle ils réagissent.

Courant d'entrée: Il s'agit de la quantité de courant nécessaire pour alimenter la LED du côté d'entrée du photocoupleur.Le courant d'entrée est un facteur important car il affecte la quantité d'alimentation de l'appareil et son fonctionnement avec les autres parties de votre circuit.

Tension maximale du périphérique de sortie: Pour les photocoupleurs à base de transistors, c'est la tension la plus élevée que le transistor de sortie peut gérer.Il est important de s'assurer que cette cote de tension est supérieure à la tension maximale que votre application utilisera, pour éviter d'endommager l'appareil.

Différences entre les photocoupleurs et les relais à l'état solide

Figure 6: Relais de photocoupleur et à semi-conducteurs

Photocoupleurs et Relais à semi-conducteurs (SSR) Les deux utilisent la lumière pour isoler les signaux, mais ils sont utilisés de différentes manières en fonction de leur conception.

Les photocoupleurs sont généralement utilisés dans des situations de faible puissance où l'objectif principal est de transmettre et d'isoler les signaux.Ils sont idéaux pour protéger les pièces électroniques sensibles des pointes ou du bruit à haute tension, en s'assurant que le signal est passé proprement d'une partie du circuit à l'autre.

Les relais à semi-conducteurs (SSR), en revanche, sont conçus pour changer de niveau de puissance plus élevé.Contrairement aux photocoupleurs, les SSR ont souvent des pièces supplémentaires comme la protection des surtensions et la commutation de traversée zéro (pour les signaux AC), ce qui aide à réduire le bruit électrique et fait durer le relais plus longtemps.Les SSR sont généralement plus grands, et parce qu'ils gèrent des courants plus élevés, ils ont souvent besoin de dissipateurs de chaleur pour gérer les bornes de chaleur et de vis pour des connexions sécurisées.

Conclusion

Les photocoupleurs aident à garder les circuits en sécurité et à bien fonctionner en laissant les signaux passer tout en gardant les circuits séparés.Ils protègent les circuits à basse tension des pics à haute tension et réduisent le bruit électrique, ce qui les rend très utiles dans de nombreux appareils électroniques.Qu'ils soient utilisés pour simplement passer des signaux entre les circuits ou dans des systèmes d'alimentation plus complexes, en choisissant le bon photocoupleur - qu'il s'agisse d'un coupleur d'opto standard ou d'un opto-isolateur plus fort - peut faire une grande différence dans le fonctionnement d'un système électronique.Alors que la technologie continue de progresser, ces appareils continueront d'être très utiles, agissant comme des protecteurs de nos appareils électroniques.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Quelle est l'application d'un opto-isolator?

L'application d'un opto-isolator est de garder différentes parties d'un circuit séparées tout en permettant aux signaux de passer entre eux.Cela aide à protéger les parties sensibles d'un circuit des pics à haute tension ou du bruit électrique.Les opto-isolators sont souvent utilisés dans les alimentations, les interfaces de microcontrôleur et les systèmes de contrôle industriel pour éviter d'endommager les composants à basse tension.

2. Quand devriez-vous utiliser un opto-isolator?

Vous devez utiliser un opto-isolateur lorsque vous devez protéger les pièces basse tension d'un circuit des surtensions à haute tension ou du bruit électrique.Il est également utile lorsque différentes parties de votre système doivent travailler ensemble sans être directement connectée.Ceci est utile lorsque les circuits ont des niveaux de sol différents ou lorsqu'ils doivent rester électriquement séparés pour des raisons de sécurité.

3. Quel est le principal objectif d'un optocoupleur?

L'objectif principal d'un optocoupleur est de laisser les signaux passer entre deux circuits séparés en utilisant la lumière, tout en maintenant les circuits électriquement séparés.Cela empêche les circuits à haute tension d'affecter les circuits à basse tension, ce qui contribue à protéger les pièces délicates contre les dommages.

4. Pourquoi utiliseriez-vous un optocoupleur au lieu d'un relais?

Vous utiliseriez un optocoupleur au lieu d'un relais lorsque vous avez besoin d'une commutation plus rapide, d'une durée de vie plus longue et d'un fonctionnement plus silencieux.Contrairement aux relais, les optocoupleurs n'ont pas de pièces mobiles, ils peuvent donc changer plus rapidement et durer plus longtemps.Ils prennent également moins de place et offrent une meilleure isolement électrique.

5. Quels sont les inconvénients des optocoupleurs?

Les inconvénients des optocoupleurs comprennent leur capacité limitée à gérer le courant et la tension élevés par rapport aux relais.Certains optocoupleurs, en particulier ceux avec des phototransistors, peuvent être plus lents à répondre.Ils peuvent également s'user avec le temps car la LED à l'intérieur se dégrade.Les optocoupleurs peuvent ne pas être le meilleur choix pour contrôler une puissance très élevée, où les relais ou les relais à semi-conducteurs fonctionneraient mieux.