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PCB设计教程:在PCB布局中使用光电耦合器的技巧

每天至少需要按下两次闹钟,才能勉强从幸福的睡眠中醒来,你是否觉得有些愧疚?我的妻子声称我可能已经打破了按下闹钟的世界纪录,因为我这样做时甚至没有睁开眼睛。但是会有时候第三次闹钟神秘地不会熄灭,然后战斗失败,我的一天准时开始。

在电子领域,嵌入式系统通常依靠光电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。理想情况下,所有的信号都准确地传送到微控制器。然而,当光耦合器未正确实现时,微控制器有时会忽略输入信号或在没有触发输入时错误地检测信号。在这个PCB设计教程中,我们将讨论如何在您的PCB布局中成功设置光耦合器。但首先,让我们回顾一下光耦合器的工作原理。

 

PCB设计指南:光电耦合器的基本原理

光电耦合器是通过光接口隔离输入信号的电子元件。最基本的光耦合器由单个集成电路中的红外LED和光电晶体管组成。当电流通过时,红外线LED点亮,强度取决于电流的幅度。光电晶体管由LED光激活,这将引起其集电极和发射极之间的短路连接。

红外LED和光电晶体管通常由玻璃或空气分开。这使得光耦合器之间的隔离度<10kV。因此,光耦合器是将嵌入式系统与源自输入信号环境的电气干扰隔离的理想选择。

除了保护嵌入式系统免受电气噪声外,光电耦合器还用于将低压和高压系统分开。例如,作为光电耦合器的变体的光电双向可控硅可用于控制交流高电压装置。例如,交流电机。这消除了电路故障的风险,后者可能引起微控制器及其附属组件损坏。

 

PCB设计指南:使用光电耦合器的常见错误

光耦合器是大多数设计人员遇到的简单的被动元件。让光电耦合器的正常工作不是类似火箭的科学;然而,有一些设计错误,它们无法满足使用者的目的,或者会引起不稳定的输入信号。

1.无法分离光电耦合器接地连接。

在基本的光电耦合器中,集成电路(IC)由两个接地引脚组成。一个连接到红外LED,另一个连接到光电晶体管。一个常见的错误是在布线PCB时将两个接地连接在一起。在我的工程经验中,即使在机器中使用的电子控制器中也遇到过这种情况。

使用光电耦合器的主要原因是安全地分离两个电路。当外部接地连接到PCB时,电路中的任何接地噪声都可以直接耦合到敏感的板载电路。相反,为外部接地引脚创建单独的信号连接,并为输入接地线分配专用连接器。

2.使用了错误的限流电阻值

除了施加合适的电压之外,光电耦合器的红外LED需要足够的电流才能正常工作。最小正向电流的值可以从相应的光电耦合器的电流传输比率Current Transfer Ratio图表中得到。如果限流电阻在光电耦合器的最小值下执行,则光电晶体管可能会不规则地运行。例如,从开关的10个有效输入中,只有一部分将被检测到。

另一方面,限流电阻的值不能太低。这是为了防止红外线LED烧断。和普通LED一样,红外线LED具有最大的正向电流,使用时不应超过该值。选择正确的限流电阻是确保可靠的光耦合器操作的关键步骤。

3.选择错误的光电耦合器

一般来说,似乎并不是所有的光电耦合器都是一样的。例如,光电三端双向可控硅开关用于控制交流负载,光耦合达林顿管是仅产生少量输入电流的情况辖的理想选择。另一个考虑因素是集电极 – 发射极击穿电压,不同型号的光电耦合器可能有所不同。

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