Optokupler (ili optički izolator) je elektronički komponent koji se koristi za električku izolaciju između dvije električne struje

 

Optokupler (ili optički izolator) je elektronički komponent koji se koristi za električku izolaciju između dvije električne struje. Sastoji se od LED svjetlosnog izvora i foto diodne ili foto tranzistorske komponente. Ove komponente su fizički odvojene, ali su povezane optičkim putem putem svjetlosnog zračenja.

Optokupleri se koriste za prenos signala ili informacija između dvije električke struje bez fizičke veze između njih. Primjena optokuplera uključuje:

1. Električku izolaciju: Optokupleri se koriste za odvajanje električkih struja kako bi se spriječio prijenos električkih šumova ili visokih napona između uređaja.
2. Signalni prenos: Optokupleri se koriste za prenos digitalnih ili analognih signala između različitih dijelova električkog kruga.
3. Galvansku izolaciju: Optokupleri omogućuju galvansku izolaciju koja štiti uređaje od potencijalnih razlika u zemljištu ili naponskim fluktuacijama.
4. Pulsno širinsku modulaciju (PWM): Optokupleri se koriste za upravljanje uređajima poput releja ili tranzistora putem PWM signala, pružajući izolaciju između kontrolnog kruga i napajanja.
5. Sigurnosne aplikacije: Optokupleri se koriste u uređajima koji zahtijevaju sigurnosne mjere, kao što su detekcija napona, prekida struje ili otkrivanje brzine vrtnje.

Prednosti optokuplera uključuju električku izolaciju, smanjenje šumova, poboljšanje pouzdanosti i sigurnosti, dok nedostaci mogu uključivati ograničenje brzine prijenosa signala i potrebu za dodatnom električkom energijom za napajanje svjetlosnih izvora.

Postoji nekoliko različitih vrsta optokuplera, svaki s različitim karakteristikama i primjenama. Evo nekoliko primarnih vrsta optokuplera:

1. Fotodiodni optokupleri: U ovim optokuplerima, svjetlosni izvor je LED, a detekcija svjetla se vrši pomoću fotodioda. Ova vrsta se često koristi za prenos analognih signala, kao i za detekciju prisutnosti svjetla ili tmine.
2. Fototranzistorski optokupleri: Ovi optokupleri koriste LED kao izvor svjetla, ali detekcija svjetla se vrši pomoću fototranzistora. Fototranzistori pružaju veći izlazni strujni signal od fotodioda, što ih čini korisnima za pojačavanje signala.
3. Optokupleri s optičkim sklopkama: Ova vrsta optokuplera kombinira više svjetlosnih izvora i detektora kako bi omogućila više kanala komunikacije ili prekidačke funkcionalnosti. Koriste se za prenos više signala istovremeno.
4. Linearni optokupleri: Ovi optokupleri pružaju linearni odziv između svjetlosnog intenziteta i izlaznog signala. Koriste se za preciznu mjerenje svjetlosnih promjena, kao i za prenos analognih signala.
5. Digitalni optokupleri: Ova vrsta optokuplera radi na principu promjene između “upaljeno” i “ugašeno” stanje svjetlosnog izvora. Koriste se za prenos digitalnih signala i za izolaciju logičkih krugova.
6. Photovoltaic (PV) optokupleri: Ovi optokupleri koriste fotodiodu koja generira naponski signal ovisno o intenzitetu svjetla. Koriste se za solarne aplikacije i pretvorbu svjetlosne energije u električni signal.
7. Triac Output Optocouplers

Svaka vrsta optokuplera ima svoje prednosti i primjene. Odabir odgovarajuće vrste ovisi o specifičnim zahtjevima vaše aplikacije, kao što su brzina prijenosa, vrsta signala i potrebna izolacija.

 

Za određene primjene bitna je analogni odgovor, posebice kada je količina signala ključna za rad sustava. Količina struje na izlazu uređaja u odnosu na količinu svjetlosti upadajuće na LED naziva se omjer prijenosa struje (CTR), odnosno omjer izlazne struje i ulazne struje. Vrijednosti CTR-a mogu varirati od 10% do preko 5.000%, ovisno o pojačanju sustava. U pravilu, što je CTR niži, to su brži porast i pad vremena.

Analogni uređaji obično zahtijevaju dodatne sklopove kako bi ih mogli koristiti drugi dijelovi sustava. Digitalni izlazni uređaji najbolje se koriste kada aplikacija zahtijeva impuls ili digitalni izlaz.

Ovi uređaji često su jednostavniji za upotrebu dok pružaju pouzdan signal koji se može izravno povezati s drugim komponentama sustava. Sve dok je dovoljno svjetla upereno prema fotosenzoru, izlazni signal će biti ili visok ili nizak, ovisno o logičkoj konfiguraciji.

Jedno od razmatranja s kojim se suočavaju dizajneri je brzina prijenosa digitalnih podataka uz minimalno kašnjenje u propagaciji. Većina opto-izolatora/opto-koplera koristi se za brzine prijenosa ispod 10 Mbit/s, a kašnjenje u propagaciji može biti u rasponu od 2 do 20 µs.

 

Kakva je razlika između opto-izolatora i opto-koplera?
U industrijskom se terminologiji često zamagljuju granice između sličnih pojmova. Danas uviđamo da se oba pojma “opto-izolator” i “opto-kopler” koriste kao sinonimi za istu funkciju. Razlikujuća značajka između ova dva pojma je količina izoliranog napona. Opto-kopler se koristi za prijenos analognih ili digitalnih informacija s jednog potencijala napona na drugi, uz održavanje izolacije potencijala manje od 5.000 V. Opto-izolator je dizajniran za izoliranje energetskih sustava dok prenosi analogne ili digitalne podatke između sustava, uz izolacijski napon između energetskih sustava od 5.000 do više od 50.000 V.

 

 

Ispitivanje ispravnosti optokuplera

Optocoupleri se testiraju isto kao i diode i tranzistori, samo je potrebno znati raspored nožica.

Da biste provjerili ispravnost optičkog izolatora (optocouplera), možete slijediti ove korake:

Vizualna inspekcija:
Prvo, pažljivo pregledajte optocoupler radi očiglednih oštećenja, pukotina, oksidacije ili nepravilnosti u izgledu.

Mjerenje otpora između svjetlosnog izvora i detektora:
Koristite multimeter u načinu mjerenja otpora (Ohm metar) i izmjerite otpor između svjetlosnog izvora (LED) i detektora (fotodioda). Normalno, ovaj otpor treba biti visok, gotovo beskonačan, osim ako je LED oštećen ili fotodioda provodi struju.

Provjera LED diode:
Povežite optocoupler na odgovarajući izvor napajanja (s pravilnom polarizacijom) i provjerite je li LED dioda upaljena. To možete učiniti pomoću multimetra u načinu mjerenja napona (V) ili vizualno.

Provjera fotodioda:
Pomoću multimetra u načinu mjerenja otpora, osigurajte da je optocoupler ispravno polariziran i izmjerite otpor preko fotodiode. Trebao bi biti visok, a ako je nizak, fotodioda možda nije ispravna.

Mjerenje izlaznog napona:
Povežite optocoupler prema specifikacijama i izmjerite izlazni napon koristeći multimetar u načinu mjerenja napona (V). Provjerite odgovara li izlazni napon očekivanom rezultatu.

Testiranje u stvarnom krugu:
Ako je moguće, uključite optocoupler u stvarni krug i provjerite radi li ispravno u svojoj primarnoj aplikaciji.

Slijedeći ove korake, možete provjeriti ispravnost optocouplera i osigurati njegovo pravilno funkcioniranje u električnim sklopovima.