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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
在电子产品中，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。理想情况下，所有信号都准确地传递到微控制器。然而，当光耦合器没有正确实现时，微控制器有时会错过输入信号或在没有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。
PCB设计教程：光耦合器的基本原理
光耦合器是通过光接口隔离输入信号的电子元件。光耦合器的最基本形式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 LED 会打开，强度取决于电流的幅度。光电晶体管由 LED 灯激活，这会导致其集电极和发射器之间的连接短路。
红外 LED 和光电晶体管通常被玻璃或空气隔开。这使得光耦合器两端的电气隔离小于 10kV。因此，光耦合器是将嵌入式系统与源自输入信号环境的电干扰隔离的理想选择。
除了保护嵌入式系统免受电噪声的影响外，光耦合器还用于将低压系统和高压系统分开。例如，光电三端双向可控硅开关器件是光耦合器的一种变体，可用于控制高交流电压设备。例如，交流电机。这消除了可能导致设备的微控制器及其随附组件损坏的电路故障风险。
光耦合器可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学。然而，有一些设计错误会破坏使用一个的目的或导致不稳定的输入信号。
1. 未能分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，另一个连接到光电晶体管。一个错误是在布线 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的电子控制器中也遇到过这种情况。
使用光耦合器的主要原因是为了安全地分离两个电路。当外部接地连接到 PCB 时，来自电路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. 限流电阻使用错误值
除了施加适当的输出电压外，光耦合器的红外 LED 需要足够的电流才能正常工作。最小正向电流输出值可参考相应光耦的电流传输比图表。如果限流电阻在光耦合器的最小值处工作，则光电晶体管可能表现不规则。例如，在来自开关的 10 个有效输入中，只会检测到其中的一部分。
另一方面，限流电阻的值也不能太低。这是为了防止红外 LED 损坏。与普通 LED一样，红外 LED 具有不应超过的最大正向电流。这使得选择合适的限流电阻器成为确保光耦合器可靠运行的关键一步。
顾名思义，需要足够的电流来点亮红外 LED
3. 选择错误的光耦合器
尽管看起来很一般，但并非所有光耦合器的构造都相同。例如，光电三端双向可控硅开关用于控制交流负载，而光电达林顿管非常适合只产生少量输入电流的情况。另一个考虑因素是集电极-发射极击穿输出电压，它可能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于普通输入隔离器，那么像 PC817 这样的型号就可以解决问题。由于 PCB 设计软件中的通用光耦合器电子元件可以解决问题，因此您还可以在创建封装上花费更少的时间。