Przemysłowy sprzęt elektroniczny działa w środowiskach elektrycznie hałaśliwych i wymagających mechanicznie. Problem polega na tym, że komponenty automatyzacji, kontroli i oprzyrządowania zależą od dokładnych sygnałów wolnych od zakłóceń elektrycznych lub zniekształceń, aby funkcjonować prawidłowo. W rezultacie moduły optocupler są często używane przez inżynierów jako źródła sygnałów i jako pośredniki ochrony sygnału między zasilaczami, kontrolami przemysłowymi i innymi komponentami.
W zastosowaniach przemysłowych moduł optokoplera jest samodzielnym urządzeniem montowanym na dinku, które zapewnia optyczną izolację ścieżki sygnału. U podstaw leży optocupler, obwód z diodą lub diodą emitującą światło i urządzenie światłoczujące. Strona wejściowa modułu optocupler składa się z elektroniki wejściowej mocy lub sygnału i diody LED. Wyjście składa się z urządzenia światłoczującego (zwykle fototransystor lub fotodiody) w obwodzie wyjściowym. Gdy prąd jest przekazywany przez diodę LED, powoduje emisję światła w podczerwieni, która aktywuje urządzenie światłoczujące, umożliwiając w ten sposób prąd przejść przez wyjście optocupler. W ten sposób wyjście optokoplera jest analogiczne do cyfrowego przełącznika, który włącza się i wyłącza w zależności od obecności sygnału napięcia wejściowego.
Kluczowym parametrem optokoplera jest bieżący współczynnik transferu lub CTR, który jest miarą stosunku między prądami wejściowymi i wyjściowymi. Podczas gdy kontrolery przemysłowe mogą działać bez optokoplera, ten ostatni poprawia bezpieczeństwo, niezawodność i dokładność oraz unika potencjalnych problemów związanych z bezpośrednim (nieizolowanym) połączeniami sygnałowymi.
1. Moduły optokoplera chronią przed zakłóceniami elektrycznymi:Od prostych mechanicznych sygnałów przełącznika granicznego po transmisję danych opartych na protokole, wszystko w środowisku przemysłowym jest podatne na szum elektryczny. Sygnały te są najbardziej wrażliwe, jeśli muszą przejechać dowolną odległość. Tutaj optocuplers izolują szum trybu wspólnego generowanego przez prądy zbłąkane przepływające przez połączenie uziemienia. Aby to zrobić, prawidłowo skonfiguruj system za pomocą optoCupler, podłączając obwody źródłowe i odbiornika w celu oddzielenia połączeń uziemienia i sygnału.
2. Moduł optocupler łączy obwody wysokiego napięcia i niskiego napięcia:Można je uszkodzić, jeśli wejście sygnału do kontrolera przemysłowego przekroczy limity ustawione ...... Jednak często konieczne jest śledzenie poziomów mocy. Na przykład cyfrowe wejście PLC mogą być zaprojektowane tak, aby zaakceptować 24 VDC, ale musi monitorować obciążenie prądu przemiennego 220 V. Podłączenie 220 VAC bezpośrednio z wejściem PLC oczywiście uszkodzi to drugie. Dlatego moduł optocupler może zaakceptować wejście 220 VAC i wygenerować napięcie wyjściowe sprzężenia zwrotnego w maksymalnym dopuszczalnym zakresie wejściowym kontrolera.
3. Moduły optocupler Chronią kontrolery przemysłowe przed przejściowymi zdarzeniami:Przestrony to nagłe krótkotrwałe wybuchy napięcia lub prądu. Pomimo krótkiego czasu trwania przemiany mogą powodować znaczne uszkodzenie kontrolerów przemysłowych. Tutaj moduł optokoplera może być stosowany jako bariera izolacyjna między kontrolerem przemysłowym a wszelkimi czujnikami pola narażonymi na gwałtowne lub prądy odtłuszczające.
Podczas gdy moduły optocupler izolują przede wszystkim sygnał wejściowy od zasilania, niektóre projekty pomagają zapewnić jakość sygnału wyjściowego. Na przykład niektóre moduły optokoplowne mogą zastąpić przekaźniki sygnałowe elektromechaniczne. Te ostatnie zwykle działa z niskimi prądami przełączającymi 2A lub mniej. To sprawia, że optocuplers z podobnymi lub wyższymi prądami wyjściowymi są dobrze dopasowane do wymiany ... ale są zaprojektowane tak, aby trwają dłużej, ponieważ nie ma ruchomych części. Mówiąc dokładniej, przekaźniki elektromechaniczne zazwyczaj działają dla 100, 000 do 1, 000, 000 ...... Ale przekaźniki oparte na optocupler mogą trwać przez dziesięciolecia. Ponadto moduły optokoplowne unikają problemów elektromechanicznych siły elektromotorycznej tylnej i odbicia sygnału.
Szybkie przełączanie przekaźników stałego opartego na optocupler sprawia, że nadają się do szerokiego zakresu obciążeń wyjściowych systemu o dużej mocy. OptoCuplers mogą również uzupełniać przemysłowe zasilacze z izolacją.
Szybkie przełączanie optokoplerów chronią również standardowe sygnały sterowania i sterowania, takie jak modulacja szerokości impulsu lub PWM i Modbus RS485, aby wymienić tylko dwa przykłady. Tutaj sprzężenie EMI oparte na sprzężeniu jest minimalizowane poprzez izolowanie kontrolera i elementu odbierającego.
Wykrywanie nadmiernego zera za pomocą modułów optocupler
Niektóre aplikacje oparte na AC wymagają wykrywania nadmiernego zera, co jest pomiarem przejścia sygnału prądu przemiennego, ponieważ przełącza się on powyżej i poniżej zera. Tutaj obwód nadmiernie zerowy pozwala kontrolerowi mierzyć częstotliwość i fazę przebiegu, a także wąski impuls, który tworzy się na wyjściu za każdym razem, gdy sygnał prądu przemiennego przecina punkt 0 v. Mnóstwo różnic obwodu detektora nadmiernego zera, ale obwód detektora oparty na optokoplerze jest lepszy. OptoCupler zapewnia barierę izolacji szumu między sygnałem prądu przemiennego a kontrolerem ... wiele modułów optocupler ma nawet wbudowane obwody wykrywania zerowego, aby zminimalizować liczbę urządzeń.
Gdy optocupler uzupełnia zasilacz, zwykle izoluje system DC/AC, AC/AC, AC/DC lub DC/DC w pętli sterowania sprzężeniem zwrotnym (wraz z transformatorem bocznym wejściowym). Ten układ eliminuje wszystkie bezpośrednie ścieżki przewodzące między wejściem mocy a wszystkimi terminalami wyjściowymi (a wszelkimi podłączonymi urządzeniami polowymi, silnikami lub innymi obciążeniami) dla bezpieczniejszej, bardziej wydajnej konstrukcji. W przypadku urządzeń, które regularnie przełącza się między bardzo różnymi stanami mocy, optocuplers mogą (nawet do dziesiątek KV/μsec) chronić zasilanie przed przejściowymi napięciami w trybie wspólnym. W aplikacjach o wysokim napięciu optokoplery mogą również odłączyć prądy pętli naziemnej spowodowane różnymi zasilaczami i są zaprojektowane tak, aby mieć niewielką różnicę potencjału naziemnego, eliminując w ten sposób problemy z szumem elektrycznym w trybie wspólnym.
Jak wybrać moduł optocupler
Są to główne parametry, które określają najbardziej odpowiedni wybór modułu optokoplerowego.
Napięcie wejściowe- Określ maksymalne napięcie sygnału wejściowego i wybierz moduł optocupler powyżej limitu.
Napięcie wyjściowe i prąd- Upewnij się, że wyjście optoCupler może obsłużyć napięcie i prąd wymagane przez aplikację. Niektóre moduły optocupler mają wysokie oceny wyjściowe prądu lub wysokiego napięcia.
Czas odpowiedzi- Wszelkie optokoplera stosowane do szybkiej sygnalizacji wymaga czasu reakcji w mikrosekundach (μSec).
Montowanie- Obwody optocupler można budować od zera, ale moduły montażowe Din-Rail są łatwe w instalacji.