PCB Tecnico - Come utilizzare gli optocoppiatori nel layout PCB?

Nei prodotti elettronici, i sistemi embedded di solito si affidano agli optocoppiatori per ricevere segnali di ingresso da essi. Sensore o interruttore esterno. In un certo senso, sono come sveglie per microcontrollori. Idealmente, tutti i segnali vengono trasmessi accuratamente al microcontrollore. Tuttavia, quando l'optocoppiatore non è implementato correttamente, il microcontrollore a volte manca il segnale di ingresso o rileva il segnale in modo errato quando non c'è ingresso trigger. In questo tutorial di progettazione PCB, discuteremo come impostare optocoupler per avere successo nel layout PCB. Ma prima, ricordiamoci come funziona il design dell'optocoppiatore.

Come utilizzare in modo efficiente gli optocoppiatori nel layout PCB?

Tutorial di progettazione PCB: principi di base degli optocoppler

Gli optocoppler sono componenti elettronici che isolano il segnale di ingresso attraverso un'interfaccia ottica. Le forme più basilari di optocoppiatori includono LED infrarossi e un singolo fototransistore integrato. Quando la corrente passa, il LED infrarosso si accende e l'intensità dipende dalla grandezza della corrente. Il fototransistor è attivato dalla luce LED, causando un cortocircuito tra il suo collettore e l'emettitore.

I LED infrarossi e i fototransistor sono solitamente separati da vetro o aria. Questo rende l'isolamento elettrico dell'optocoupler <10kV. Pertanto, gli optocoppiatori sono ideali per isolare i sistemi incorporati da interferenze elettriche provenienti dall'ambiente del segnale in ingresso.

Oltre a proteggere i sistemi incorporati dal rumore elettrico, gli optocoppiatori sono utilizzati anche per mantenere basse e alte tensioni. Il sistema è separato. Ad esempio, un triac ottico, che è una variante di un optocoppiatore, può essere utilizzato per controllare dispositivi ad alta tensione CA. Per esempio, motori a corrente alternata. Ciò elimina il rischio di guasto del circuito che potrebbe causare danni al microcontrollore e ai suoi componenti correlati.

Gli optocoppler possono ridurre il rischio di danni ad alta tensione.

Tutorial di progettazione PCB: errori degli optocoppler

Un optocoppiatore è una semplice componente passiva, e la maggior parte dei progettisti incontrano che fare un optocoppiatore non è scienza missilistica; Tuttavia, ci sono alcuni errori di progettazione che possono causare l'uso di uno o causare il segnale di ingresso instabile.

1. Il collegamento a terra dell'optocoppiatore non poteva essere separato.

In molte fabbriche di PCB, l'integrazione (IC) consiste di due pin di terra nell'optocoppiatore di base. Uno è collegato al LED infrarosso e l'altro è collegato al fototransistor. L'errore è quello di collegare i due motivi insieme durante l'instradamento del PCB. Secondo l'esperienza, questo è stato riscontrato anche nei controllori elettronici utilizzati nelle macchine.

Il motivo principale per l'utilizzo degli optocoppiatori è quello di separare in modo sicuro i due circuiti. Quando la terra esterna è collegata al PCB, qualsiasi rumore di terra nel circuito può essere direttamente accoppiato al circuito di bordo sensibile. Invece, creare una connessione di segnale separata per il pin di terra esterno e assegnare un connettore dedicato al cavo di terra in ingresso.

2. Utilizzare il valore sbagliato della resistenza di limitazione della corrente

Oltre ad applicare una tensione di uscita appropriata, il LED infrarosso dell'optocoppiatore ha bisogno di corrente sufficiente per funzionare correttamente. Il valore della corrente in avanti minima può riferirsi al grafico del rapporto di trasferimento corrente dell'optocoppiatore corrispondente. Se la resistenza limitante di corrente funziona al valore minimo dell'optocoppiatore, il fototransistore può comportarsi irregolarmente. Ad esempio, dei 10 ingressi validi dallo switch, solo alcuni degli ingressi saranno rilevati.

D'altra parte, il valore della resistenza limitante di corrente non dovrebbe essere troppo basso. Questo è per impedire il malfunzionamento del LED infrarosso. Come i LED convenzionali, i LED infrarossi hanno una corrente massima in avanti che non dovrebbe essere superata. Ciò rende la scelta della resistenza di limitazione della corrente corretta un passo chiave per garantire un funzionamento affidabile dell'optocoppiatore.

3. Scegliere l'optocoppiatore sbagliato

Anche se sembra comune, non tutti gli optocoppiatori sono uguali. Ad esempio, i triac fotoelettrici sono utilizzati per controllare i carichi AC, mentre LiDAR-Darlington è adatto per situazioni in cui viene generata solo una piccola quantità di corrente in ingresso. Un'altra considerazione è la tensione di uscita di rottura collettore-emettitore, che può essere diversa per diversi tipi di optocoppiatori.

Ma se si utilizzano semplicemente optocoppiatori per il normale isolamento in ingresso, allora un modello come PC817 può risolvere il problema. Puoi anche spendere meno tempo a creare impronte perché il componente optocoupler universale nel software di progettazione PCB può risolvere il problema.