Leiterplattentechnisch - Wie verwendet man Optokoppler im PCB-Layout?

In elektronischen Produkten, Embedded Systeme verlassen sich in der Regel auf Optokoppler, um Eingangssignale von ihnen zu empfangen. Externer Sensor oder Schalter. In gewisser Weise, Sie sind wie Wecker für Mikrocontroller. Idealerweise, Alle Signale werden exakt an den Mikrocontroller weitergeleitet. Allerdings, wenn der Optokoppler nicht korrekt implementiert ist, Der Mikrocontroller verfehlt manchmal das Eingangssignal oder erkennt das Signal falsch, wenn kein Trigger-Eingang vorhanden ist. In diesem PCB-Design Tutorial, Wir werden diskutieren, wie man Optokoppler einrichtet, um erfolgreich zu sein Leiterplattenlayout. Aber zuerst, Lassen Sie uns daran erinnern, wie das Optokoppler-Design funktioniert.

Wie kann ich Optokoppler effizient im PCB-Layout einsetzen?

PCB Design Tutorial: Grundlegende Prinzipien von Optokopplern

Optokoppler sind elektronische Komponenten, die das Eingangssignal über eine optische Schnittstelle isolieren. Zu den grundlegendsten Formen von Optokopplern gehören Infrarot-LEDs und ein einziger integrierter Phototransistor. Wenn der Strom vergeht, schaltet sich die Infrarot-LED ein, und die Intensität hängt von der Größe des Stroms ab. Der Phototransistor wird durch das LED-Licht aktiviert und verursacht einen Kurzschluss zwischen Kollektor und Emitter.

Infrarot-LEDs und Fototransistoren werden in der Regel durch Glas oder Luft getrennt. Dies macht die elektrische Trennung des Optokopplers<10kV. Daher sind Optokoppler ideal, um eingebettete Systeme von elektrischen Störungen aus der Eingangssignalumgebung zu isolieren.

Neben dem Schutz eingebetteter Systeme vor elektrischem Rauschen werden Optokoppler auch zur Aufrechterhaltung von Nieder- und Hochspannungen eingesetzt. Das System ist getrennt. Beispielsweise kann ein optischer Triac, der eine Variante eines Optokopplers ist, zur Steuerung von Hochspannungsgeräten verwendet werden. Zum Beispiel AC-Motoren. Dadurch entfällt das Risiko eines Stromausfalls, der zu Schäden am Mikrocontroller und seinen zugehörigen Komponenten führen könnte.

Optokoppler können das Risiko von Hochspannungsschäden reduzieren.

PCB Design Tutorial: Fehler von Optokopplern

Ein Optokoppler ist eine einfache passive Komponente, und die meisten Designer stoßen darauf, dass ein Optokoppler funktioniert keine Raketenwissenschaft ist; Es gibt jedoch einige Konstruktionsfehler, die dazu führen können, dass eines verwendet wird oder das Eingangssignal instabil ist.

1. Der Erdanschluss des Optokopplers konnte nicht getrennt werden.

In vielen Leiterplattenfabriken, the integration (IC) consists of two ground pins in the basic optocoupler. Eine ist mit der Infrarot-LED und die andere mit dem Fototransistor verbunden. Der Fehler besteht darin, die beiden Erdungen beim Routing der Leiterplatte miteinander zu verbinden. Erfahrungsgemäß, Dies ist sogar bei elektronischen Steuerungen in Maschinen aufgetreten.

Der Hauptgrund für den Einsatz von Optokopplern ist die sichere Trennung der beiden Schaltkreise. Wenn die externe Masse mit der Leiterplatte verbunden ist, kann jedes Erdgeräusch in der Schaltung direkt an die empfindliche Bordschaltung gekoppelt werden. Erstellen Sie stattdessen eine separate Signalverbindung für den externen Massepunkt und weisen Sie dem Eingangserdungskabel einen dedizierten Stecker zu.

2. Verwenden Sie den falschen Wert des strombegrenzenden Widerstands

Neben dem Anlegen einer geeigneten Ausgangsspannung benötigt die Infrarot-LED des Optokopplers auch genügend Strom, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Der Wert des minimalen Vorwärtsstroms kann sich auf das aktuelle Übertragungsverhältnis des entsprechenden Optokopplers beziehen. Arbeitet der Strombegrenzungswiderstand mit dem Minimalwert des Optokopplers, kann sich der Phototransistor unregelmäßig verhalten. Beispielsweise werden von den 10-gültigen Eingängen des Schalters nur einige der Eingänge erkannt.

Andererseits sollte der Wert des Strombegrenzungswiderstandes nicht zu niedrig sein. Dies dient dazu, eine Fehlfunktion der Infrarot-LED zu verhindern. Wie herkömmliche LEDs haben Infrarot-LEDs einen maximalen Vorwärtsstrom, der nicht überschritten werden sollte. Dies macht die Wahl des richtigen strombegrenzenden Widerstands zu einem wichtigen Schritt, um einen zuverlässigen Optokopplerbetrieb zu gewährleisten.

3. Wahl des falschen Optokopplers

Obwohl es üblich scheint, sind nicht alle Optokoppler gleich. Beispielsweise werden photoelektrische Triacs zur Steuerung von Wechselstromlasten eingesetzt, während LiDAR-Darlington für Situationen geeignet ist, in denen nur eine geringe Menge Eingangsstrom erzeugt wird. Eine weitere Überlegung ist die Kollektor-Emitter-Durchschlagsspannung, die für verschiedene Arten von Optokopplern unterschiedlich sein kann.

Aber wenn Sie nur Optokoppler für normale Eingangsisolierung verwenden, Dann kann ein Modell wie PC817 das Problem lösen. Sie können auch weniger Zeit damit verbringen, Fußabdrücke zu erstellen, da die universelle Optokoppler-Komponente in PCB-Design Software kann das Problem lösen.