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PCB 布局中使用(yòng)光耦合器的技巧
PCB 布局中使用(yòng)光耦合器的技巧
在電(diàn)子产品中，嵌入式系统通常依靠光耦合器来接收来自外部传感器或开关的输入信号。在某种程度上，它们就像微控制器的闹钟。理(lǐ)想情况下，所有(yǒu)信号都准确地传递到微控制器。然而，当光耦合器没有(yǒu)正确实现时，微控制器有(yǒu)时会错过输入信号或在没有(yǒu)输入被触发时错误地检测到信号。在本 PCB 设计教程中，我们将讨论如何设置成功的光耦合器 PCB 布局。但首先，让我们提醒自己光耦合器设计的工作原理(lǐ)。
PCB设计教程：光耦合器的基本原理(lǐ)
光耦合器是通过光接口隔离输入信号的電(diàn)子元件。光耦合器的最基本形式由单个集成電(diàn)路中的红外 LED 和光電(diàn)晶體(tǐ)管组成。当電(diàn)流通过时，红外 LED 会打开，强度取决于電(diàn)流的幅度。光電(diàn)晶體(tǐ)管由 LED 灯激活，这会导致其集電(diàn)极和发射器之间的连接短路。
红外 LED 和光電(diàn)晶體(tǐ)管通常被玻璃或空气隔开。这使得光耦合器两端的電(diàn)气隔离小(xiǎo)于 10kV。因此，光耦合器是将嵌入式系统与源自输入信号环境的電(diàn)干扰隔离的理(lǐ)想选择。
除了保护嵌入式系统免受電(diàn)噪声的影响外，光耦合器还用(yòng)于将低压系统和高压系统分(fēn)开。例如，光電(diàn)三端双向可(kě)控硅开关器件是光耦合器的一种变體(tǐ)，可(kě)用(yòng)于控制高交流電(diàn)压设备。例如，交流電(diàn)机。这消除了可(kě)能(néng)导致设备的微控制器及其随附组件损坏的電(diàn)路故障风险。
光耦合器可(kě)以降低高压损坏的风险。
PCB 设计教程：光耦合器的错误
光耦合器是大多(duō)数设计人员都会遇到的简单无源元件。让光耦合器工作不是火箭科(kē)學(xué)。然而，有(yǒu)一些设计错误会破坏使用(yòng)一个的目的或导致不稳定的输入信号。
1. 未能(néng)分(fēn)离光耦合器接地连接。
在基本光耦合器中，集成 (IC) 由两个接地引脚组成。一个连接到红外 LED，另一个连接到光電(diàn)晶體(tǐ)管。一个错误是在布線(xiàn) PCB 时将两个地连接在一起。在我的工程经验中，我什至在机器中使用(yòng)的電(diàn)子控制器中也遇到过这种情况。
使用(yòng)光耦合器的主要原因是為(wèi)了安全地分(fēn)离两个電(diàn)路。当外部接地连接到 PCB 时，来自電(diàn)路的任何接地噪声都可(kě)以直接耦合到敏感的板载電(diàn)路。相反，為(wèi)外部接地引脚创建单独的信号连接，并為(wèi)输入接地線(xiàn)分(fēn)配专用(yòng)连接器。
2. 限流電(diàn)阻使用(yòng)错误值
除了施加适当的输出電(diàn)压外，光耦合器的红外 LED 需要足够的電(diàn)流才能(néng)正常工作。最小(xiǎo)正向電(diàn)流输出值可(kě)参考相应光耦的電(diàn)流传输比图表。如果限流電(diàn)阻在光耦合器的最小(xiǎo)值处工作，则光電(diàn)晶體(tǐ)管可(kě)能(néng)表现不规则。例如，在来自开关的 10 个有(yǒu)效输入中，只会检测到其中的一部分(fēn)。
另一方面，限流電(diàn)阻的值也不能(néng)太低。这是為(wèi)了防止红外 LED 损坏。与普通 LED一样，红外 LED 具有(yǒu)不应超过的最大正向電(diàn)流。这使得选择合适的限流電(diàn)阻器成為(wèi)确保光耦合器可(kě)靠运行的关键一步。
顾名思义，需要足够的電(diàn)流来点亮红外 LED
3. 选择错误的光耦合器
尽管看起来很(hěn)一般，但并非所有(yǒu)光耦合器的构造都相同。例如，光電(diàn)三端双向可(kě)控硅开关用(yòng)于控制交流负载，而光電(diàn)达林顿管非常适合只产生少量输入電(diàn)流的情况。另一个考虑因素是集電(diàn)极-发射极击穿输出電(diàn)压，它可(kě)能(néng)因不同型号的光耦合器而异。
但是，如果您只是将光耦合器用(yòng)于普通输入隔离器，那么像 PC817 这样的型号就可(kě)以解决问题。由于 PCB 设计软件中的通用(yòng)光耦合器電(diàn)子元件可(kě)以解决问题，因此您还可(kě)以在创建封装上花(huā)费更少的时间。