광커플러에 대한 실용적인 팁

광커플러는 광신호를 매체로 사용하여 전기 신호의 결합 및 전송을 실현합니다. 입력과 출력은 완전히 전기적으로 절연되어 있으며 강력한 간섭 방지 성능을 가지고 있습니다. 약한 전류 제어 부품과 강한 전류 제어 부품을 모두 포함하는 산업용 애플리케이션 측정 및 제어 시스템의 경우 광커플러 절연은 약한 전류와 강한 전류를 효과적으로 분리하여 간섭 방지 목적을 달성할 수 있습니다. 그러나 옵토커플러 절연을 사용할 때는 다음 문제를 고려해야 합니다.

① 옵토커플러를 직접 사용하여 아날로그 수량을 절연하고 전송하는 경우 옵토커플러의 비선형성을 고려해야 합니다.

② 옵토커플러 커플링 절연이 디지털 수량을 전송할 때 옵토커플러의 응답 속도를 고려해야 합니다.

3 출력에 전력 요구 사항이 있는 경우 옵토커플러의 전원 인터페이스 설계도 고려해야 합니다.

1: 포토 커플러의 비선형성 극복

포토 커플러의 입력 단자는 발광 다이오드이므로 입력 특성은 의 전압-암페어 특성으로 표현할 수 있습니다. 발광 다이오드, 출력 단자는 광트랜지스터이므로 광트랜지스터의 전압 전류 특성이 출력 특성입니다. 광커플러는 비선형 작업 영역을 가지며 아날로그 수량을 전송하는 데 직접 사용될 때 정확도가 떨어지는 것을 볼 수 있습니다.

해결책 중 하나는 동일한 비선형 전송 특성을 갖는 두 개의 광전 커플러(T1 및 T2)와 두 개의 이미터 팔로워 A1 및 A2를 사용하는 것입니다. T1과 T2가 동일한 모델 및 배치의 옵토커플러인 경우 이들의 비선형 전송 특성은 완전히 일치한다고 간주할 수 있습니다. 즉, K1(I1)=K2(I1)이면 증폭기의 전압 이득 G=Uo/ U1= I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2. T1과 T2의 전류 전송 특성의 대칭성을 활용하고 피드백 원리를 사용하면 원래의 비선형성이 잘 보상될 수 있음을 알 수 있습니다.

아날로그 전송을 위한 또 다른 솔루션은 VFC(전압 주파수 변환) 방식을 사용하는 것입니다. 현장 송신기는 아날로그 신호(전압 신호로 가정)를 출력하고, 전압-주파수 변환기는 송신기에서 전송된 전압 신호를 펄스 시퀀스로 변환하고, 이는 옵토커플러에 의해 절연된 후 전송됩니다. 호스트 측에서는 주파수-전압 변환 회로를 통해 펄스 시퀀스를 아날로그 신호로 복원합니다. 이때 옵토커플러 절연과 동등한 것은 옵토커플러 비선형성의 영향을 제거할 수 있는 디지털 수량입니다. 이는 효과적이고 간단하며 쉬운 아날로그 전송 방법입니다.

물론 정밀 선형 광커플러 TIL300, 고속 선형 광커플러 6N135/6N136과 같은 설계용 선형 광커플러를 선택할 수도 있습니다. 선형 광커플러는 일반적으로 일반 광커플러보다 가격이 비싸지만, 장치 가격이 낮아지면서 사용하기 쉽고 설계도 간단하므로 선형 광커플러를 사용하는 것이 추세입니다.

2: 옵토커플러의 전송 속도 향상

제어 시스템 설계를 위해 옵토커플러를 사용하여 디지털 신호를 분리할 때 옵토커플러의 전송 특성, 즉 전송 속도가 저하되는 경우가 많습니다. 최대 데이터 전송 속도를 결정하는 시스템 결정자가 됩니다. 버스 구조를 갖는 많은 산업용 측정 및 제어 시스템에서 통신 전송 속도를 줄이지 않고 모듈 간의 상호 간섭을 방지하려면 고속 광커플러를 사용하여 모듈 간의 상호 절연을 달성해야 합니다. 일반적으로 사용되는 고속 광커플러에는 6N135/6N136 및 6N137/6N138이 포함됩니다. 그러나 고속 광커플러는 상대적으로 가격이 비싸기 때문에 설계 비용이 증가합니다. 일반 광커플러의 스위칭 속도를 향상시키는 두 가지 방법은 다음과 같습니다.

전송 속도에 영향을 미치는 옵토커플러 자체의 분산 정전 용량으로 인해 포토 트랜지스터 내부에는 분산 정전 용량 Cbe 및 Cce가 있습니다. 광커플러의 전류 전송은 상대적으로 낮기 때문에 컬렉터 부하 저항은 너무 작을 수 없습니다. 그렇지 않으면 출력 전압 스윙이 제한됩니다. 그러나 부하 저항 RL이 클수록 포토커플러의 주파수 특성이 악화되고 분산 정전 용량의 존재로 인해 전송 지연이 길어집니다.

두 개의 광커플러 T1과 T2를 사용하여 보완적인 푸시풀 회로를 형성하면 광커플러의 스위칭 속도를 높일 수 있습니다. 펄스가 "1" 레벨로 상승하면 T1이 꺼지고 T2가 켜집니다. 반대로 펄스가 "0" 레벨일 때 T1은 ON되고 T2는 OFF된다. 이 보완적인 푸시풀 회로의 주파수 특성은 단일 광커플러의 주파수 특성보다 훨씬 더 좋습니다.

또한 포토트랜지스터의 감광성 베이스에 포지티브 피드백 회로를 추가하면 포토커플러의 스위칭 속도를 크게 높일 수 있습니다. 실험에 따르면 트랜지스터 1개, 저항 4개 및 커패시터 1개를 추가하면 이 회로가 광커플러의 최대 데이터 전송 속도를 약 10배 증가시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.

3: 광커플러 전원 인터페이스 설계

마이크로컴퓨터 측정 및 제어 시스템에서 전원 인터페이스 회로는 DC 서보 모터 및 스테퍼와 같은 다양한 유형의 부하를 구동하는 데 사용되는 경우가 많습니다. , 각종 솔레노이드 밸브 등 이러한 종류의 인터페이스 회로는 일반적으로 강력한 부하 용량, 큰 출력 전류 및 높은 작동 전압의 특성을 가지고 있습니다. 엔지니어링 실습에 따르면 전원 인터페이스의 간섭 방지 기능을 개선하는 것이 산업 자동화 장비의 정상적인 작동을 보장하는 열쇠입니다.

간섭 방지 설계와 관련하여 대부분의 경우 옵토커플러 절연 드라이브 또는 릴레이 절연 드라이브를 사용할 수 있습니다. 일반적으로 매우 높은 응답 속도가 필요하지 않은 시작-정지 작업의 경우 릴레이 절연을 사용하여 빠른 응답 시간이 필요한 제어 시스템의 전력 인터페이스를 설계하고, 전력 인터페이스 회로 설계에 광전 커플러를 사용합니다.

이는 릴레이의 응답 지연 시간이 수십 ms가 필요한 반면, 옵토커플러의 지연 시간은 일반적으로 10us 이내이기 때문입니다. 동시에 전력 구동 인터페이스에 고집적이며 사용하기 쉬운 새로운 옵토커플러를 사용합니다. 회로 설계는 회로 설계를 단순화하고 열 방출을 줄일 수 있습니다.

AC 부하의 경우 TLP541G, 4N39와 같은 절연 드라이브 설계에 광전 사이리스터 드라이버를 사용할 수 있습니다. 광전 사이리스터 드라이버는 높은 내전압과 낮은 구동 전류를 특징으로 하며, AC 부하 전류가 작을 때 직접 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 부하 전류가 크면 외부 전원 트라이악을 연결할 수 있습니다. 그 중 R1은 광전 사이리스터의 전류를 제한하는 데 사용되는 전류 제한 저항이고 R2는 결합 저항이며 그 위의 분할 전압은 전력 트라이악을 트리거하는 데 사용됩니다. 출력 전력을 제어해야 하는 경우 MOC3010과 같은 광전 트라이액 드라이버를 사용할 수 있습니다.