광커플러란 무엇인가:작동 원리 등

옵토커플러란? PCB 설계자, 엔지니어 또는 애호가로서 PCB를 사용자 정의할 수 있는 다양한 스위치, 릴레이 및 커플러가 있습니다. 시장에서 사용할 수 있는 모든 PCB 구성 요소와 옵션이 있으므로 어떤 것이 귀하의 프로젝트에 가장 적합한지 결정하기 어렵습니다.

예를 들어, 옵토커플러가 하는 일과 다른 릴레이와 어떻게 다른지 궁금할 수 있습니다. 이것이 다음 가이드가 설명하고자 하는 것입니다. 여기에서 우리는 광 커플러, 다양한 유형, 그리고 이것이 귀하와 귀하의 프로젝트에 어떻게 도움이 될 수 있는지 알아볼 것입니다.

옵토커플러란 무엇입니까

광커플러는 여러 이름으로 불립니다. 광절연기, 포토커플러, 광커플러, 광절연기 또는 그냥 광커플러라고 할 수 있습니다. 어떤 사람들은 그것들을 옵션이라고 할 수도 있습니다. 그럼에도 불구하고 광커플러는 통합 전자 부품입니다. 일반적으로 가장 기본적인 유형은 4개의 핀이 있는 직사각형 몸체로 구성됩니다. 각 핀은 하위 구성요소입니다. 첫 번째 핀은 양극입니다. , 두 번째는 음극입니다. , 세 번째는 수집기, 네 번째는 이미터입니다. .

LTV-816 1채널 광절연기

출처:Wikimedia Commons

또한 첫 번째 핀 근처의 본체 모서리에 원형 움푹 들어간 곳이 있습니다. 이를 통해 다른 핀을 식별할 수 있습니다. 본체에는 옵토커플러의 부품 번호가 포함된 일부 텍스트도 포함되어 있습니다. 따라서 우리는 이를 사용하여 옵토커플러 유형을 식별하고 제조업체의 데이터시트도 찾습니다.

그럼에도 불구하고 광 커플러는 본질적으로 두 개의 개별 전자 회로를 상호 연결하는 솔리드 스테이트 릴레이입니다. 첫 번째 회로는 처음 두 핀(핀 1 및 2)에 연결되고 두 번째 회로는 마지막 두 핀(핀 3 및 4)에 연결됩니다. 이것은 첫 번째 회로가 두 번째 회로를 제어할 수 있게 합니다.

광커플러는 모양 때문에 집적 회로/마이크로칩(IC)과 혼동하기 쉽습니다. 이것은 TRIAC 광커플러에 특히 해당됩니다.

흰색 배경의 전자 마이크로칩

옵토커플러는 어떻게 작동합니까?

옵토커플러를 사용하여 두 개의 절연된 회로 간에 전자 신호를 전송할 수 있습니다. 이것은 더 중요한 속성 중 하나입니다. 때때로 전압 스파이크와 노이즈가 하나의 회로에서 발생할 수 있습니다. 회로를 분리하는 옵토커플러가 없으면 이러한 중단이 두 번째 회로로 확산되어 파손을 일으킬 수 있습니다. 광커플러는 이러한 손상이 두 회로 모두에서 발생하는 것을 방지합니다.

또한 광 커플러는 반도체 재료로 인해 전자가 한 방향으로만 흐르도록 합니다. 결과적으로 이것은 두 개의 상호 연결된 회로가 서로 다른 전압과 전류를 사용할 수 있도록 합니다.

또한 장치의 기능을 확장할 수 있습니다. 이는 주로 두 개의 개별 회로 간의 갈바닉 절연을 용이하게 하는 방식 때문입니다. 예를 들어, 2회로 구성에서 첫 번째 회로를 방해하지 않고 두 번째 회로에 트랜지스터를 추가할 수 있습니다. 이렇게 하면 훨씬 더 많은 양의 전압과 전류를 제어할 수 있습니다. 또한 전자 부품을 추가하여 회로 제어를 자동화할 수 있습니다.

옵토커플러의 구조

광커플러는 다양한 유형과 구성으로 제공됩니다. 그러나 이해를 돕기 위해 주로 포토 트랜지스터 버전에 중점을 둘 것입니다.

포토트랜지스터 광커플러 회로도

출처:Wikimedia Commons

위의 다이어그램은 두 개의 회로를 연결하는 포토 트랜지스터를 보여줍니다. 다이어그램의 포토트랜지스터 부분을 주의 깊게 살펴보면 왼쪽에 LED 기호가 있음을 알 수 있습니다.

LED 기호 이미지

출처:Wikimedia Commons

대조적으로 오른쪽에 트랜지스터 기호가 있습니다.

트랜지스터 기호 이미지

출처:Wikimedia Commons

우리는 광 트랜지스터가 일반 트랜지스터의 수정된 버전이라는 위의 그림을 쉽게 찾을 수 있습니다. 또한 트랜지스터 측에서 (세 번째 및 네 번째) 단자를 컬렉터라고 부르는 이유를 이해할 수 있습니다. 및 이미터 . 또한 첫 번째 및 두 번째 터미널을 양극 이라고 부르는 이유도 알 수 있습니다. 및 음극 .

트랜지스터에는 일반적으로 3개의 단자가 있습니다. 그러나 여기에는 약간의 차이가 있습니다. 일반 트랜지스터 회로의 기본 핀이 광트랜지스터 회로에서 누락되었습니다. 이것은 광 커플러의 트랜지스터가 약간 다르게 작동하기 때문입니다. 베이스 핀의 전자 신호를 사용하는 대신 옵토커플러의 트랜지스터는 LED의 빛을 사용합니다.

빛은 LED에서 빛나고 트랜지스터에 부딪혀 스위치를 켜고 전류가 주 전기 회로에 흐르도록 합니다. 전기 입력 전류가 아닌 광 입력에 반응합니다. 광커플러는 두 가지 일반적인 토폴로지로 제공됩니다. 내부 구성 요소는 서로 위에 놓이거나 나란히 놓일 수 있습니다.

광커플러 토폴로지

출처:Wikimedia Commons

포토 트랜지스터의 내부 작동을 볼 수는 없지만(반투명하지 않은 경우) 간단한 회로를 사용하여 자체적으로 만들 수 있습니다. 이 가이드에서 더 자세히 살펴보겠습니다. 하지만 먼저 다른 광커플러 유형을 살펴보겠습니다.

옵토커플러 유형

한 쌍의 핀셋 사이에 끼워진 옵토커플러.

가장 일반적인 6가지 유형의 트랜지스터가 있습니다. 그들은:

• 저항성 광커플러: 이들은 최초의 광 커플러였습니다. 백열 전구, 네온 램프 및 GaAs 적외선 LED를 광원으로 사용합니다. 또한 트랜지스터 재료에 황화카드뮴을 사용합니다. 사람들은 이러한 유형의 옵토커플러를 vactrols라고도 합니다.
  오래된 감광성 장치이기 때문에 최신 형태의 광 커플러보다 약간 느립니다. 결과적으로 이것이 거의 사용되지 않는 이유입니다.
• 다이오드 광커플러: 다이오드 광커플러는 광원에 갈륨 비소 적외선 LED를 사용하고 수용체로 실리콘 포토다이오드를 사용합니다. 따라서 특히 PIN 다이오드를 사용할 때 가장 빠른 유형의 광커플러가 됩니다.
• 트랜지스터 광커플러: 다이오드 광커플러와 마찬가지로 GaAs 적외선 LED도 광원으로 사용합니다. 그러나 그들은 바이폴라 실리콘 광 트랜지스터 또는 Darlington 광 트랜지스터를 센서로 사용합니다. 따라서 전송 속도와 응답 시간이 저항성 광커플러보다 빠르지만 다이오드 광커플러보다 느립니다.
• 광절연 SRC: 광절연 SRC는 실리콘 제어 정류기와 함께 적외선 LED를 사용합니다. 전송 속도는 다를 수 있습니다. 그러나 어떤 구성에서도 다이오드 기반 광커플러만큼 빠르지는 않습니다. 그럼에도 불구하고 여전히 적절한 응답 시간과 전송 속도를 가지고 있습니다.
• 광절연 TRIAC: 이러한 유형의 광커플러는 TRIAC(교류용 3극관)을 센서 유형으로 사용합니다. 이것은 광원으로 GaAs 적외선 LED에 추가됩니다. 전송 속도가 빠르지는 않지만 현재 전송 비율은 매우 높습니다.
• 무접점 릴레이: 솔리드 스테이트 릴레이는 광원으로 GaAs 적외선 LED 스택을 사용합니다. 또한 한 쌍의 MOSFET 또는 단일 IGBT를 센서로 구동하는 포토다이오드 스택을 사용합니다. 그들은 매우 높은 전송 속도와 무제한 전류 전송 비율을 가질 수 있습니다.

간단한 광커플러 회로를 만드는 방법

PCB 앞에 있는 한 쌍의 핀셋 사이에 끼워진 광커플러

부품 목록:

• 50-100K Ohm LDR(Light Dependent Resistor)
• 3V 0.02A 백색 발광 다이오드(LED)
• 2V 0.02A 적색 발광 다이오드(LED)
• 9V 배터리 x 2
• 전환
• 300옴 저항기
• 150옴 저항 x 2(또는 300옴 저항)

설명 및 지침:

빨간색 LED 및 광커플러

이 간단한 광커플러는 간단한 광 종속 저항기를 사용합니다. (LDR) 및 백색 LED. LDR은 빛 노출에 따라 부하 저항이 달라집니다. 따라서 어둠 속에서 매우 높은 저항력을 갖습니다. 반대로 밝은 빛에 노출되면 저항이 미미합니다. 이러한 맥락에서 이것은 우리의 포토다이오드로 기능할 것입니다.

1차 회로에서는 전압 강하가 3볼트이고 0.02암페어를 사용하는 백색 LED가 필요합니다. 다음으로 9볼트 배터리를 전원으로 사용하고 스위치를 사용하여 회로를 제어합니다. 백색 LED 조명에는 3볼트 전류가 필요하므로 6볼트 강하 저항이 필요합니다. 따라서 저항은 300옴의 저항((9V – 3V) ÷ 0.02A)을 가져야 합니다.

따라서 기본 회로는 스위치, 저항 및 흰색 LED 조명에 양극으로 연결되는 배터리로 구성됩니다. 브레드보드나 와이어를 사용하여 구성 요소를 연결할 수 있습니다. 전체적으로 이것은 우리의 제어 회로 역할을 할 것입니다.

2차 회로에 전압 강하가 2볼트이고 전류가 0.02암페어인 빨간색 LED가 있습니다.

회로가 작동 중임을 나타내는 표시기로 사용할 것입니다. 또한 이 회로에 LDR을 연결합니다. 분명히 LDR은 백색 LED 조명에 인접해 있어야 합니다.

LDR은 LED의 빛에 노출될 때 약 70옴의 저항을 제공합니다. LDR을 빨간색 LED에 연결해야 합니다. 2차 회로에 전원을 공급하기 위해 다른 9볼트 배터리를 사용합니다. 다시 말하지만, LED가 효과적으로 작동할 수 있도록 전압을 낮추기 위해 저항이 필요합니다. 2개의 150 Ohm 저항을 사용하는 것이 좋습니다. 그러나 하나의 300옴 저항도 괜찮을 것입니다.

그럼에도 불구하고 회로 구성이 끝나면 LDR과 흰색 LED 주위에 검은색 테이프를 감아야 합니다. 연결했는지 확인해야 합니다. 이것은 방의 주변광을 차단합니다. 또는 완전히 어두운 방에서 회로를 테스트할 수 있습니다.

1차회로(입력회로) 버튼을 누르면 백색 LED가 켜집니다. 그런 다음 LDR에 빛을 비추면 출력 회로의 빨간색 LED가 켜집니다. 백색 LED의 빛은 스위치의 전기 신호와 같은 기능을 합니다. 이 프로젝트는 광커플러의 내부 작동을 설명하기에 충분히 간단합니다. 그러나 수신기와 함께 적외선 방출기를 구현하여 개선할 수 있습니다. 이 프로젝트는 가시광선 대신 적외선을 사용합니다.

옵토커플러 애플리케이션

IC, 커패시터, 광커플러 및 기타 반도체가 포함된 소형 PCB 어셈블리

이제 광커플러의 작동 방식을 이해했으므로 이제 이를 적용할 수 있는 위치를 탐색할 수 있습니다. 광커플러를 간단한 조명 작동 스위치로 사용할 수 있습니다. 그러나 그들에게 가장 적합한 전자 장비와 장치는 무엇입니까? 광커플러를 사용할 수 있는 목록은 다음과 같습니다.

• 솔레노이드 컨트롤
• 모터 컨트롤
• 백열등 조광기
• 마이크로프로세서
• 램프 안정기
• AC 감지
• 전압 절연
• 전자기 스위치
• 마이크로컨트롤러

옵토커플러 이점

옵토커플러 세트

전자 기계식 릴레이 또는 스위치 대신 광커플러를 사용하려는 이유는 무엇입니까? 다음은 몇 가지 장점입니다.

• 전기 신호의 단방향 전달을 용이하게 합니다.
• 광커플러는 간섭을 방지하여 프로젝트의 안정성을 높입니다.
• 여러 회로 간의 전기적 절연을 용이하게 할 수 있음
• 옵토커플러는 프로젝트의 입력 섹션과 출력 섹션을 분리할 수 있으므로 문제 해결이 더 쉬워집니다.
• 회로의 입력 섹션에서 외부 출력 신호를 줄입니다.
• 광커플러를 사용하면 작은 디지털 신호를 사용하여 큰 AC 회로를 제어할 수 있습니다.
• 두 개의 개별 회로 간에 아날로그 신호를 전송할 수 있습니다.
• 고전압 구성요소를 저전압 장치와 인터페이스할 수 있습니다.
• 광커플러는 신호에서 전기적 노이즈를 줄이거나 완전히 제거하는 데 도움이 됩니다.
• 전원 공급 장치 스파이크, 전압 서지 및 낙뢰에 더 강한 전자 장치를 설계 및 제작할 수 있습니다.

결론

위의 글에서 우리는 광커플러에 대해 이해하기 쉽고 깊이 있는 가이드를 제공했습니다. 가이드의 이 섹션에 도달했다면 옵토커플러에 대해 더 깊이 이해한 것입니다. 그럼에도 불구하고 이 가이드가 도움이 되었기를 바랍니다. 언제나처럼 읽어주셔서 감사합니다.