Les optocoupleurs, qui connectent des circuits utilisant des signaux optiques comme support, sont un élément actif dans les domaines où une haute précision est indispensable, comme l'acoustique, la médecine et l'industrie, en raison de leur grande polyvalence et de leur fiabilité, comme la durabilité et l'isolation.
Mais quand et dans quelles circonstances l’optocoupleur fonctionne-t-il et quel est son principe ?Ou lorsque vous utilisez réellement le photocoupleur dans votre propre travail électronique, vous ne savez peut-être pas comment le choisir et l'utiliser.Car optocoupleur est souvent confondu avec « phototransistor » et « photodiode ».Par conséquent, ce qu’est un photocoupleur sera présenté dans cet article.
Qu'est-ce qu'un photocoupleur ?
L'optocoupleur est un composant électronique dont l'étymologie est optique
coupleur, qui signifie « couplage avec la lumière ».Parfois également connu sous le nom d'optocoupleur, d'isolateur optique, d'isolation optique, etc. Il se compose d'un élément émetteur de lumière et d'un élément récepteur de lumière, et connecte le circuit côté entrée et le circuit côté sortie via un signal optique.Il n'y a pas de connexion électrique entre ces circuits, c'est-à-dire en état d'isolation.Par conséquent, la connexion du circuit entre l’entrée et la sortie est séparée et seul le signal est transmis.Connectez en toute sécurité des circuits avec des niveaux de tension d'entrée et de sortie très différents, avec une isolation haute tension entre l'entrée et la sortie.
De plus, en transmettant ou en bloquant ce signal lumineux, il fait office d'interrupteur.Le principe et le mécanisme détaillés seront expliqués plus tard, mais l'élément électroluminescent du photocoupleur est une LED (diode électroluminescente).
Des années 1960 aux années 1970, lorsque les LED ont été inventées et que leurs avancées technologiques étaient significatives,optoélectroniqueest devenu un boom.A cette époque, diversappareils optiquesont été inventés, et le coupleur photoélectrique en faisait partie.Par la suite, l’optoélectronique a rapidement pénétré nos vies.
① Principe/mécanisme
Le principe de l'optocoupleur est que l'élément électroluminescent convertit le signal électrique d'entrée en lumière et que l'élément récepteur de lumière transmet le signal électrique de retour de lumière au circuit côté sortie.L'élément émetteur de lumière et l'élément récepteur de lumière se trouvent à l'intérieur du bloc de lumière externe, et les deux sont opposés l'un à l'autre afin de transmettre la lumière.
Le semi-conducteur utilisé dans les éléments électroluminescents est la LED (diode électroluminescente).D'autre part, il existe de nombreux types de semi-conducteurs utilisés dans les dispositifs récepteurs de lumière, en fonction de l'environnement d'utilisation, de la taille externe, du prix, etc., mais en général, le plus couramment utilisé est le phototransistor.
Lorsqu’ils ne fonctionnent pas, les phototransistors transportent peu de courant comme le font les semi-conducteurs ordinaires.Lorsque la lumière y arrive, le phototransistor génère une force photoélectromotrice sur la surface du semi-conducteur de type P et du semi-conducteur de type N, les trous du semi-conducteur de type N s'écoulent dans la région p, le semi-conducteur à électrons libres dans la région p s'écoule dans la région n, et le courant circulera.
Les phototransistors ne sont pas aussi réactifs que les photodiodes, mais ils ont également pour effet d'amplifier la sortie jusqu'à des centaines à 1 000 fois le signal d'entrée (en raison du champ électrique interne).Ils sont donc suffisamment sensibles pour capter même les signaux faibles, ce qui constitue un avantage.
En fait, le « bloqueur de lumière » que nous voyons est un appareil électronique avec le même principe et le même mécanisme.
Cependant, les interrupteurs de lumière sont généralement utilisés comme capteurs et remplissent leur rôle en faisant passer un objet bloquant la lumière entre l'élément émetteur de lumière et l'élément récepteur de lumière.Par exemple, il peut être utilisé pour détecter des pièces et des billets dans les distributeurs automatiques et les guichets automatiques.
② Caractéristiques
Étant donné que l'optocoupleur transmet les signaux par la lumière, l'isolation entre le côté entrée et le côté sortie est une caractéristique majeure.Une isolation élevée n'est pas facilement affectée par le bruit, mais empêche également la circulation accidentelle du courant entre des circuits adjacents, ce qui est extrêmement efficace en termes de sécurité.Et la structure elle-même est relativement simple et raisonnable.
En raison de sa longue histoire, la riche gamme de produits de différents fabricants constitue également un avantage unique des optocoupleurs.Puisqu’il n’y a pas de contact physique, l’usure entre les pièces est faible et la durée de vie est plus longue.D'un autre côté, il existe également des caractéristiques selon lesquelles l'efficacité lumineuse est facile à fluctuer, car la LED se détériorera lentement avec le temps et les changements de température.
Surtout lorsque le composant interne du plastique transparent devient trouble pendant une longue période, il ne peut pas y avoir une très bonne lumière.Cependant, dans tous les cas, la durée de vie est trop longue par rapport au contact de contact mécanique.
Les phototransistors sont généralement plus lents que les photodiodes et ne sont donc pas utilisés pour les communications à haut débit.Cependant, cela ne constitue pas un inconvénient, car certains composants disposent de circuits d'amplification côté sortie pour augmenter la vitesse.En fait, tous les circuits électroniques n’ont pas besoin d’augmenter la vitesse.
③ Utilisation
Coupleurs photoélectriquessont principalement utilisés pour les opérations de commutation.Le circuit sera mis sous tension en allumant l'interrupteur, mais du point de vue des caractéristiques ci-dessus, notamment l'isolation et la longue durée de vie, il est bien adapté aux scénarios nécessitant une grande fiabilité.Par exemple, le bruit est l’ennemi de l’électronique médicale et des équipements audio/de communication.
Il est également utilisé dans les systèmes d’entraînement motorisés.La raison pour laquelle le moteur est utilisé est que la vitesse est contrôlée par l'onduleur lorsqu'il est entraîné, mais il génère du bruit en raison de son rendement élevé.Ce bruit entraînera non seulement une panne du moteur lui-même, mais également un flux à travers le « sol » affectant les périphériques.En particulier, les équipements dotés de longs câbles captent facilement ce bruit de sortie élevé, donc si cela se produit en usine, cela entraînera de grandes pertes et provoquera parfois de graves accidents.En utilisant des optocoupleurs hautement isolés pour la commutation, l'impact sur les autres circuits et appareils peut être minimisé.
Deuxièmement, comment choisir et utiliser les optocoupleurs
Comment utiliser le bon optocoupleur pour une application dans la conception de produits ?Les ingénieurs de développement de microcontrôleurs suivants expliqueront comment sélectionner et utiliser les optocoupleurs.
① Toujours ouvrir et toujours fermer
Il existe deux types de photocoupleurs : un type dans lequel l'interrupteur est éteint (éteint) lorsqu'aucune tension n'est appliquée, un type dans lequel l'interrupteur est allumé (éteint) lorsqu'une tension est appliquée et un type dans lequel l'interrupteur est allumé lorsqu'il n'y a pas de tension.Appliquer et éteindre lorsque la tension est appliquée.
Le premier est appelé normalement ouvert et le second est appelé normalement fermé.Comment choisir dépend d’abord du type de circuit dont vous avez besoin.
② Vérifiez le courant de sortie et la tension appliquée
Les photocoupleurs ont la propriété d'amplifier le signal, mais ne traversent pas toujours la tension et le courant à volonté.Bien sûr, il est évalué, mais une tension doit être appliquée du côté entrée en fonction du courant de sortie souhaité.
Si nous regardons la fiche technique du produit, nous pouvons voir un graphique où l'axe vertical est le courant de sortie (courant du collecteur) et l'axe horizontal est la tension d'entrée (tension collecteur-émetteur).Le courant du collecteur varie en fonction de l'intensité lumineuse de la LED, appliquez donc la tension en fonction du courant de sortie souhaité.
Cependant, vous pourriez penser que le courant de sortie calculé ici est étonnamment faible.Il s'agit de la valeur actuelle qui peut encore être fournie de manière fiable après avoir pris en compte la détérioration de la LED au fil du temps, elle est donc inférieure à la valeur nominale maximale.
Au contraire, il existe des cas où le courant de sortie n'est pas important.Par conséquent, lors du choix de l'optocoupleur, veillez à bien vérifier le « courant de sortie » et à choisir le produit qui lui correspond.
③ Courant maximal
Le courant de conduction maximal est la valeur de courant maximale que l'optocoupleur peut supporter lorsqu'il est conducteur.Encore une fois, nous devons nous assurer de connaître la quantité de sortie dont le projet a besoin et quelle est la tension d'entrée avant d'acheter.Assurez-vous que la valeur maximale et le courant utilisé ne constituent pas des limites, mais qu'il existe une certaine marge.
④ Réglez correctement le photocoupleur
Après avoir choisi le bon optocoupleur, utilisons-le dans un projet réel.L'installation elle-même est simple, il suffit de connecter les bornes connectées à chaque circuit côté entrée et circuit côté sortie.Il faut cependant veiller à ne pas mal orienter le côté entrée et le côté sortie.Par conséquent, vous devez également vérifier les symboles dans le tableau de données, afin de ne pas constater que le pied du coupleur photoélectrique est erroné après avoir dessiné la carte PCB.
Heure de publication : 29 juillet 2023