Оптопары (или оптопары) — это широкая категория устройств, используемых для изоляции двух цепей с разным потенциалом земли. Обычно используемые для развязки между входным сигналом и процессором или между процессором и выходной нагрузкой, оптопары выгодны тем, что устраняют рассогласование импедансов, улучшают развязку между входом и выходом и уменьшают шум.
На сегодняшний день доступно большое количество оптопар, включая устройства общего назначения с транзисторным, тиристорным или симисторным выходом, а также оптопары на интегральных схемах, фотореле и фотогальванические соединители. Последние тенденции направлены на удовлетворение потребностей инженеров, которые должны сбалансировать противоречивые требования к меньшим размерам корпусов и различные требования к более высокой выходной мощности, более высокой скорости переключения и/или более низкому току питания.
Ключевые параметры, которые следует учитывать
Электрические и конструктивные параметры являются основным фактором, который следует учитывать при подборе конкретной оптронной пары для вашего приложения. Здесь указаны основные критерии, применимые ко всем категориям. Дополнительные электрические критерии выбора для конкретных категорий обсуждаются более подробно ниже:
Напряжение изоляции (BVs). Расстояние утечки. Минимальное расстояние по изолятору (корпусу) между входными и выходными контактами. Минимальная толщина изоляции между двумя проводниками. Зазор изоляции. Минимальное расстояние между входными контактами и выходными контактами. Тип упаковки. Параметры изоляции тесно связаны с упаковкой, и, как правило, чем меньше упаковка, тем меньше толщина изоляции и изоляционный зазор. Линейка продуктов Toshiba включает пакеты SSOP, MFSOP, SDIP и DIP. Количество каналов. Тип выхода. Следующим важным фактором, который следует учитывать, является выход, необходимый для вашего приложения, например, транзистор, тиристор, симистор, ИС, фотогальваника или полевой МОП-транзистор (фотореле). Шесть наиболее широко используемых типов описаны ниже и показаны на рис. 1 .
Рис. 1. Шесть вариантов типов выходов оптронов подходят для большинства приложений.
Выходные категории и приложения
Транзисторный выход. Оптопары с транзисторным выходом используются для передачи сигналов или в качестве переключателей в программируемых логических контроллерах, инверторах, источниках питания, бытовой технике и модемах. Основные критерии выбора: напряжение коллектор-эмиттер VCEO, номинальное напряжение между коллектором и эмиттером; текущий коэффициент передачи IC / IF , тип с низким входом, коэффициент усиления по току на транзисторе Дарлингтона, количество каналов и тип корпуса.
Триак выход. Симисторные фотопары могут проводить ток в обоих направлениях и полезны для управления нагрузкой переменного тока. Типичные области применения включают твердотельные реле и оборудование для автоматизации делопроизводства, а также бытовую технику, двигатели и освещение. Основными критериями выбора типов симисторов являются триггерный ток светодиода I FT, который представляет собой минимальный входной ток, необходимый для перевода устройства во включенное состояние, обычно от 5 до 10 мА, пиковое напряжение во включенном состоянии VTM, пиковое напряжение в выключенном состоянии (VDRM). часто 400 или 600 В и переход через ноль или без перехода через ноль. Последние разработки в области симисторов были сосредоточены на уменьшении размера корпуса и новых светодиодах, обеспечивающих меньший ток срабатывания.
Тиристорный выход. Оптопары с тиристорным выходом обычно используются в качестве схем затвора и ведут себя аналогично симисторным соединителям, за исключением одного направления. Примером может служить усиление ошибки и защита от перенапряжения в контуре обратной связи, например, в источнике питания. Основные критерии выбора такие же, как и для симисторных соединителей.
Выход ИС. Оптопары на ИС предназначены для приложений, требующих более продвинутых функций на стороне выхода. Многие из недавних достижений в области оптопар относятся к этой категории, что обусловлено требованиями к высокоскоростной цифровой передаче. Обычно их можно разделить на три подкатегории: высокоскоростные драйверы, драйверы IGBT/MOSFET и драйверы IPM.
Высокоскоростной. Оптопары имеют выходную ИС, которая позволяет им передавать сигналы данных в таких приложениях, как управление плазменными панелями, заводское оборудование автоматизации и импульсные источники питания. Основные критерии выбора включают скорость переключения и пороговый входной ток I FHL /I FHL , который является минимальным входным током, необходимым для запуска изменения выхода.
Заметными достижениями в области высокоскоростных устройств являются уменьшение размера корпуса и уменьшение потребляемого тока. Например, недавняя инновация в линейке оптронов Toshiba включает в себя новый 6-контактный термоусадочный двухрядный корпус (SDIP), который на 50 % меньше 8-контактного DIP предыдущего поколения. Новый корпус сочетает в себе характеристики высокой изоляции корпуса DIP и компактность устройства для поверхностного монтажа (см. рис. 2).
Рис. 2. Ассортимент корпусов оптронов, доступных на сегодняшний день, демонстрирует тенденцию к использованию устройств меньшего размера.
Драйвер IGBT/MOSFET. Второй тип фотопары ИС представляет собой выходной привод с тотемным полюсом на двух транзисторах, используемый для управления транзисторами в инверторе и управлении серводвигателем в таких приложениях, как лифты, бытовая техника и кондиционеры. Основные критерии выбора включают выходной ток IO , напряжение питания, CMR (подавление синфазных помех), скорость переключения и пороговый входной ток I FHL /I FHL .
Изменения в драйверах IGBT включают миниатюризацию, более высокий выходной ток, более высокую скорость переключения и более низкое энергопотребление.
драйвер ИПМ. Драйвер IPM, сравнимый по функциональности с драйверами IGBT/MOSFET, предназначен для интеллектуальных модулей питания и имеет меньший выходной ток при аналогичной высокой скорости переключения. Основные критерии выбора включают скорость передачи данных и другие характеристики, общие с ранее упомянутыми высокоскоростными интегральными соединителями. Недавние достижения в драйверах IPM включают более высокое напряжение питания и более высокую скорость переключения.
Фотореле. Фотореле, также известные как соединители MOSFET, выполняют функцию переключения. Приложения включают переключатели в модемах, автоматизированное испытательное оборудование, телевизионные приставки, программируемые логические контроллеры и инверторы. Основные критерии выбора включают в себя ток триггерного светодиода I FT , минимальный входной ток IF , сопротивление в открытом состоянии, емкость, C OFF , напряжение в выключенном состоянии V OFF . Они бывают 1-Form-A (нормально открытые); Версии 1-Form-B (нормально закрытые). Последние разработки в области фотореле были сосредоточены на миниатюризации фотодетектора и интеграции полевого МОП-транзистора и фотодетектора в один чип. Другой тенденцией являются низкие значения CxR для тестового оборудования, приближающиеся к 1 пФ.
Фотоэлектрическая/фотодиодная матрица (КПК). КПК могут управлять силовыми МОП-транзисторами без внешнего источника питания и обычно используются, когда требования к переключению превышают требования обычного фотореле. Основные критерии выбора включают ток короткого замыкания ISC и напряжение холостого хода VOC.
Рис. 3. Блок-схема инвертора и сервопривода показывает различные типы оптронов, используемых в одном приложении.
На блок-схеме инвертора и серводвигателя (см. рис. 3) показаны три различных типа оптронов в типичной схеме с репрезентативными применимыми номерами деталей. Фотореле, показанное внизу слева в блоке последовательности, используется для переключения с развязкой. Транзисторная оптронная пара используется для обнаружения перегрузки по току в контуре обратной связи, а для управления силовым модулем можно использовать ответвители драйверов IGBT или IPM.■
Как выбрать фотореле для уличного освещения: критерии выбора и советы
Человек всегда стремился облегчить свой труд – он изобрел колесо, которое позволяло ему легко переносить большие нагрузки, затем автомобиль, способный перемещать его в пространстве на достаточно большие расстояния, стиральную машину-автомат, самостоятельно стирающую и отжимающую вещи. Дошло даже до того, что свет на улице стал включаться и выключаться как по волшебству — с наступлением сумерек фонари загораются, а когда восходит солнце, гаснут. Происходит это за счет фотореле уличного освещения или, как его еще называют, сумеречного выключателя.
Содержание
- Принцип работы фотореле
- Функциональная схема устройства
- Виды фотореле для уличного освещения
- Устройства с фотоэлементом внутри корпуса
- С внутренним фотоэлементом и таймером
- Реле с регулируемым порогом
- Дистанционное фотоэлементное устройство
Принцип работы фотореле
Принцип работы всех фотореле основан на работе фотодатчика, контролирующего уровень освещенности на улице. Этот датчик может быть выносным, то есть располагаться снаружи корпуса реле, и встроенным (фотореле и датчик монтируются непосредственно в распределительном щите). Выносные фотоэлементы обязательно должны иметь прочный корпус с повышенными показателями в плане защиты от окружающей среды и герметичности.
Фотореле также оснащено потенциометром, позволяющим точно определить порог выключения и включения. А чтобы вся система была максимально защищена от ложных срабатываний (хулиганов в Россию еще не перевели), в фотореле встроены специальные устройства от возможных помех. Качественное оборудование, имеющее все сертификаты, будет работать только в том случае, если с момента выставления мастером условий прошло определенное время.
Схема подключения фотореле
При желании можно будет установить диапазон чувствительности фотореле к свету, наиболее подходящий для условий его размещения. Например, если фотореле установлено на крыльце дома и сейчас лето, то диапазон его срабатывания будет отличаться от реле, которое находится в гараже или в любом другом помещении. То есть устройство можно запрограммировать исходя из интенсивности света.
В корпус практически всех фотореле встроен переключатель, который позволяет вручную включать и выключать устройство, давая ему небольшую «передышку». А некоторые модели, помимо всего прочего, оснащены таймером, отключающим реле в определенное (запрограммированное) время, чтобы оборудование не работало впустую.
Функциональная схема устройства
Схема простого фотореле
На рисунке представлена схема фотореле уличного освещения, реагирующего на изменение интенсивности освещения. Здесь в качестве датчика используется индикаторный светодиод, работающий по тому же принципу, что и фотоэлемент.
Светодиод (в данном случае HL1) — это фотоэлемент, вырабатывающий напряжение, пропорциональное интенсивности света, падающего на кристалл. В схеме также имеется источник постоянного напряжения R1-R2, что позволяет регулировать чувствительность фотореле, ведь разные светодиоды имеют разную светочувствительность.
Резистор R2 управляет начальным напряжением VT1, суммируемым с напряжением, формируемым HL1. Именно этот элемент позволяет регулировать порог срабатывания фотореле.
Виды фотореле для уличного освещения
- фотоэлемент с фотоэлементом внутри корпуса
- фотореле с фотоэлементом внутри корпуса и таймером
- фотореле с пороговой регулировкой
- фотоэлемент с выносным фотоэлементом.
Кроме того, существует несколько видов оборудования, которые используются в достаточно узких производствах и на крайнем севере.
Устройства с фотоэлементом внутри корпуса
Этот тип уличного фотореле позволяет включать свет с наступлением темноты и выключать с восходом солнца без участия человека. Корпус устройства хоть и прозрачный, но надежно защищает фотоэлемент от вредных воздействий окружающей среды.
С внутренним фотоэлементом и таймером
У этого фотоэлемента для уличного освещения, помимо вышеописанных преимуществ, есть еще одно явное преимущество – возможность управления освещенностью в зависимости от времени суток. С помощью такого устройства можно установить время разрешения фотореле. Устройство включится на разрешенный период времени, когда уровень освещенности будет ниже установленного значения. Если уровень освещенности выше установленного значения, выход будет отключен. Он также будет отключен, даже если таймер находится за пределами допустимого периода.
Таймеры, в свою очередь, тоже бывают разные. Одни устройства снабжены дневными таймерами, другие – недельными и даже годовыми, причем для последних допустимый период работы реле может быть установлен разным для каждого дня, либо он может быть ориентирован сразу на несколько дней, например , по выходным.
Фотореле с недельным таймером: позволяет запрограммировать режим работы устройства на неделю вперед, варьировать параметры, выделять, например, выходные.
Реле с регулируемым порогом
Этот тип реле имеет такой же принцип работы, как и два предыдущих, однако на нижней стороне корпуса у него имеется небольшая «ручка», вращение которой регулирует порог срабатывания фотоэлемента. Если повернуть регулятор в положительную сторону, свет будет включаться даже с небольшим затемнением, например, во время грозы или в пасмурную погоду. Если повернуть его в сторону минуса, устройство будет работать только с наступлением темноты.
Фотореле с регулируемым порогом, благодаря которому можно регулировать параметры устройства
Таким образом, данное устройство позволит управлять реле в зависимости от времени года и погодных условий, присущих той или иной местности.
Дистанционное фотоэлементное устройство
Такое устройство позволяет разместить фотоэлемент отдельно от основного блока реле. Максимальное расстояние первого от второго может достигать 100-150 метров. Сам блок монтируется в электрический щит.
Фотоэлемент с выносным фотоэлементом: преимуществом является возможность установки основного компонента устройства в защищаемом помещении
Советы покупателю
В первую очередь ориентируйтесь на собственные потребности и возможности, а также исходите из условий, в которых вы живете. Итак, реле с регулируемым порогом – идеальный вариант как для дачи, так и для многоквартирного жилого дома. Этот прибор позволит значительно сэкономить средства на оплату коммунальных услуг за электроэнергию, ведь его можно регулярно корректировать в зависимости от времени года.
Реле со встроенным фотоэлементом хорошо тем, что его легко монтировать, и это мероприятие не надо поручать электрикам — с работой справится практически каждый. А вот устройство с выносным фотоэлементом потребует некоторой сноровки и определенных навыков, зато отлично подойдет для крупных промышленных предприятий, складов и других подобных заведений.
Реле с таймером хоть и стоит несколько дороже, но также позволит значительно сэкономить на оплате счетов, поскольку его можно запрограммировать под свои нужды и требования — устройство будет работать только тогда, когда вы этого захотите, а не когда Солнце и Луна хочу это. Он будет не только включаться по установленному вами времени, но и работать в том режиме, который вам нужен.
Фотореле – универсальное устройство, которое освободит ваши руки и мысли. Он сам будет включать и выключать свет, реагировать на изменение уровня освещенности, заботиться о вашей безопасности. Кроме того, устройство можно дополнить датчиком движения, мгновенно «оповещающим» реле о приближении вызванного или незваного гостя. Эта маленькая деталь превратит ваш дом в настоящую крепость, уютную и гостеприимную.
