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PCB 布局中使用光耦合器的技巧
PCB 布局中使用光耦合器的技巧
在電子產(chǎn)品中，嵌入式系統(tǒng)通常依靠光耦合器來接收來自外部傳感器或開關(guān)的輸入信號(hào)。在某種程度上，它們就像微控制器的鬧鐘。理想情況下，所有信號(hào)都準(zhǔn)確地傳遞到微控制器。然而，當(dāng)光耦合器沒有正確實(shí)現(xiàn)時(shí)，微控制器有時(shí)會(huì)錯(cuò)過輸入信號(hào)或在沒有輸入被觸發(fā)時(shí)錯(cuò)誤地檢測(cè)到信號(hào)。在本 PCB 設(shè)計(jì)教程中，我們將討論如何設(shè)置成功的光耦合器 PCB 布局。但首先，讓我們提醒自己光耦合器設(shè)計(jì)的工作原理。
PCB設(shè)計(jì)教程：光耦合器的基本原理
光耦合器是通過光接口隔離輸入信號(hào)的電子元件。光耦合器的最基本形式由單個(gè)集成電路中的紅外 LED 和光電晶體管組成。當(dāng)電流通過時(shí)，紅外 LED 會(huì)打開，強(qiáng)度取決于電流的幅度。光電晶體管由 LED 燈激活，這會(huì)導(dǎo)致其集電極和發(fā)射器之間的連接短路。
紅外 LED 和光電晶體管通常被玻璃或空氣隔開。這使得光耦合器兩端的電氣隔離小于 10kV。因此，光耦合器是將嵌入式系統(tǒng)與源自輸入信號(hào)環(huán)境的電干擾隔離的理想選擇。
除了保護(hù)嵌入式系統(tǒng)免受電噪聲的影響外，光耦合器還用于將低壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)分開。例如，光電三端雙向可控硅開關(guān)器件是光耦合器的一種變體，可用于控制高交流電壓設(shè)備。例如，交流電機(jī)。這消除了可能導(dǎo)致設(shè)備的微控制器及其隨附組件損壞的電路故障風(fēng)險(xiǎn)。
光耦合器可以降低高壓損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
PCB 設(shè)計(jì)教程：光耦合器的錯(cuò)誤
光耦合器是大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都會(huì)遇到的簡(jiǎn)單無源元件。讓光耦合器工作不是火箭科學(xué)。然而，有一些設(shè)計(jì)錯(cuò)誤會(huì)破壞使用一個(gè)的目的或?qū)е虏环€(wěn)定的輸入信號(hào)。
1. 未能分離光耦合器接地連接。
在基本光耦合器中，集成 (IC) 由兩個(gè)接地引腳組成。一個(gè)連接到紅外 LED，另一個(gè)連接到光電晶體管。一個(gè)錯(cuò)誤是在布線 PCB 時(shí)將兩個(gè)地連接在一起。在我的工程經(jīng)驗(yàn)中，我什至在機(jī)器中使用的電子控制器中也遇到過這種情況。
使用光耦合器的主要原因是為了安全地分離兩個(gè)電路。當(dāng)外部接地連接到 PCB 時(shí)，來自電路的任何接地噪聲都可以直接耦合到敏感的板載電路。相反，為外部接地引腳創(chuàng)建單獨(dú)的信號(hào)連接，并為輸入接地線分配專用連接器。
2. 限流電阻使用錯(cuò)誤值
除了施加適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷和猓怦詈掀鞯募t外 LED 需要足夠的電流才能正常工作。最小正向電流輸出值可參考相應(yīng)光耦的電流傳輸比圖表。如果限流電阻在光耦合器的最小值處工作，則光電晶體管可能表現(xiàn)不規(guī)則。例如，在來自開關(guān)的 10 個(gè)有效輸入中，只會(huì)檢測(cè)到其中的一部分。
另一方面，限流電阻的值也不能太低。這是為了防止紅外 LED 損壞。與普通 LED一樣，紅外 LED 具有不應(yīng)超過的最大正向電流。這使得選擇合適的限流電阻器成為確保光耦合器可靠運(yùn)行的關(guān)鍵一步。
顧名思義，需要足夠的電流來點(diǎn)亮紅外 LED
3. 選擇錯(cuò)誤的光耦合器
盡管看起來很一般，但并非所有光耦合器的構(gòu)造都相同。例如，光電三端雙向可控硅開關(guān)用于控制交流負(fù)載，而光電達(dá)林頓管非常適合只產(chǎn)生少量輸入電流的情況。另一個(gè)考慮因素是集電極-發(fā)射極擊穿輸出電壓，它可能因不同型號(hào)的光耦合器而異。
但是，如果您只是將光耦合器用于普通輸入隔離器，那么像 PC817 這樣的型號(hào)就可以解決問題。由于 PCB 設(shè)計(jì)軟件中的通用光耦合器電子元件可以解決問題，因此您還可以在創(chuàng)建封裝上花費(fèi)更少的時(shí)間。