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PCB 布局中使用光耦合器的技巧
PCB 布局中使用光耦合器的技巧
在電子產品中，嵌入式系統通常依靠光耦合器來接收來自外部傳感器或開關的輸入信號。在某種程度上，它們就像微控制器的鬧鐘。理想情況下，所有信號都準確地傳遞到微控制器。然而，當光耦合器沒有正確實現時，微控制器有時會錯過輸入信號或在沒有輸入被觸發時錯誤地檢測到信號。在本 PCB 設計教程中，我們將討論如何設置成功的光耦合器 PCB 布局。但首先，讓我們提醒自己光耦合器設計的工作原理。
PCB設計教程：光耦合器的基本原理
光耦合器是通過光接口隔離輸入信號的電子元件。光耦合器的最基本形式由單個集成電路中的紅外 LED 和光電晶體管組成。當電流通過時，紅外 LED 會打開，強度取決于電流的幅度。光電晶體管由 LED 燈激活，這會導致其集電極和發射器之間的連接短路。
紅外 LED 和光電晶體管通常被玻璃或空氣隔開。這使得光耦合器兩端的電氣隔離小于 10kV。因此，光耦合器是將嵌入式系統與源自輸入信號環境的電干擾隔離的理想選擇。
除了保護嵌入式系統免受電噪聲的影響外，光耦合器還用于將低壓系統和高壓系統分開。例如，光電三端雙向可控硅開關器件是光耦合器的一種變體，可用于控制高交流電壓設備。例如，交流電機。這消除了可能導致設備的微控制器及其隨附組件損壞的電路故障風險。
光耦合器可以降低高壓損壞的風險。
PCB 設計教程：光耦合器的錯誤
光耦合器是大多數設計人員都會遇到的簡單無源元件。讓光耦合器工作不是火箭科學。然而，有一些設計錯誤會破壞使用一個的目的或導致不穩定的輸入信號。
1. 未能分離光耦合器接地連接。
在基本光耦合器中，集成 (IC) 由兩個接地引腳組成。一個連接到紅外 LED，另一個連接到光電晶體管。一個錯誤是在布線 PCB 時將兩個地連接在一起。在我的工程經驗中，我什至在機器中使用的電子控制器中也遇到過這種情況。
使用光耦合器的主要原因是為了安全地分離兩個電路。當外部接地連接到 PCB 時，來自電路的任何接地噪聲都可以直接耦合到敏感的板載電路。相反，為外部接地引腳創建單獨的信號連接，并為輸入接地線分配專用連接器。
2. 限流電阻使用錯誤值
除了施加適當的輸出電壓外，光耦合器的紅外 LED 需要足夠的電流才能正常工作。最小正向電流輸出值可參考相應光耦的電流傳輸比圖表。如果限流電阻在光耦合器的最小值處工作，則光電晶體管可能表現不規則。例如，在來自開關的 10 個有效輸入中，只會檢測到其中的一部分。
另一方面，限流電阻的值也不能太低。這是為了防止紅外 LED 損壞。與普通 LED一樣，紅外 LED 具有不應超過的最大正向電流。這使得選擇合適的限流電阻器成為確保光耦合器可靠運行的關鍵一步。
顧名思義，需要足夠的電流來點亮紅外 LED
3. 選擇錯誤的光耦合器
盡管看起來很一般，但并非所有光耦合器的構造都相同。例如，光電三端雙向可控硅開關用于控制交流負載，而光電達林頓管非常適合只產生少量輸入電流的情況。另一個考慮因素是集電極-發射極擊穿輸出電壓，它可能因不同型號的光耦合器而異。
但是，如果您只是將光耦合器用于普通輸入隔離器，那么像 PC817 這樣的型號就可以解決問題。由于 PCB 設計軟件中的通用光耦合器電子元件可以解決問題，因此您還可以在創建封裝上花費更少的時間。