Принцип действия оптрона базируется на том, что подаваемый на него электрический сигнал вызывает свечение на передающей стороне, и уже в форме света сигнал принимается фотоприемником, инициируя электрический сигнал на приемной стороне.
Для чего нужна оптопара в блоке питания?
В качестве элементов гальванической развязки, оптроны применяются для связи блоков аппаратуры и защиты входных цепей измерительных приборов. Достаточно эффективным является использование оптрона в источниках питания, как элемента системы контроля и регулирования, обеспечивая вторичным цепям источника полную развязку.
Что такое обратная связь в блоке питания?
В низковольтных блоках питания, которые мы покупаем в китае и лепим в авто, обычно обратная связь это делитель напряжение(два резистора в средней точке которых должно получится определенное напряжение при нужных нам вольтах на выходе БП.) Например микросхема ждет что на ее ножке обратной связи должно быть 1.25 вольта.
Как работает Симисторная оптопара?
MOC3063 — оптопара симисторная
Урок №49. Оптрон (Оптопара)
Принцип действия оптрона базируется на том, что подаваемый на него электрический сигнал вызывает свечение на передающей стороне, и уже в форме света сигнал принимается фотоприемником, инициируя электрический сигнал на приемной стороне.
Источник: dmcagency.ru
Оптопары (оптроны): что это, принцип действия, виды
Оптрон (оптопара) — это электронное устройство, которое использует световую энергию для передачи сигнала между двумя электрическими цепями без непосредственного контакта между ними. Оптрон состоит из источника света, обычно светодиода, и фоточувствительного элемента, такого как фототранзистор или фотодиод (или других), объединенных в одном корпусе, но разделенных изоляционным материалом.
Оптроны имеют широкий спектр применения в различных областях, где требуется управление электронным током через оптический сигнал. Их основное назначение — это обеспечение изоляции между сигнальными цепями, управление токами и высокими напряжениями, а также управление системами автоматического управления и контроля, усиления, модуляции, демодуляции, и т. д. Наибольшее распространение получили в энергетических системах, таких как инверторы и преобразователи, для контроля высоких напряжений и токов. Они также используются в системах автоматического управления и контроля в промышленности. Более глобально, оптроны используются в различных электронных устройствах, включая телекоммуникационные системы, автомобильную электронику, медицинское оборудование и многие другие области.
Выходными параметрами оптопары являются:
- Максимально допустимое обратное выходное напряжение. Максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое фотоприемник может выдержать без нарушения нормальной работы.
- Максимально допустимый выходной ток. Максимальное значение тока, который может протекать через фотоприемник во включенном состоянии оптопары.
- Ток утечки (темновой ток на выходе). Ток, который проходит через выход оптопары и заданном значении и полярности.
Виды оптронов
Оптопары могут быть классифицированы по различным критериям, таким как конструкция, тип фотоприемника и степень интеграции. Ниже приведен обзор основных видов оптопар.
Как работают ОПТОПАРЫ? Зачем нужна оптическая связь в блоке питания? Понятное объяснение!
Оптопары по конструкции
Оптопары открытые
Открытые оптроны имеют конструкцию, в которой между элементами оптрона есть воздушный зазор.
Одним из главных преимуществ заключается в том, что они обладают очень высокой скоростью ответа благодаря отсутствию фильтров и задержек, которые могут возникать в других типах оптопар. Кроме того, такие оптроны могут использоваться для измерения очень маленьких величин, таких как смещение, ускорение и давление.
Однако у открытых оптопар также есть некоторые недостатки. Во-первых, они могут быть более чувствительны к внешним помехам и шумам, таким как электромагнитные поля. Кроме того, из-за их конструкции, они могут быть более уязвимыми для повреждений и более сложны в изготовлении, что может увеличивать их стоимость по сравнению с другими типами оптопар.
Оптопары щелевые
Щелевые оптроны представляют собой тип оптопар, где между элементами оптрона имеется щель, в которую свет из излучателя попадает на приемник.
Эти устройства могут быть различной конструкции и размеров, в зависимости от конкретных требований и условий эксплуатации. Некоторые щелевые оптопары могут иметь маленькую щель, что позволяет использовать их для измерения очень малых величин, таких как перемещение, угол, вибрации и деформации. Другие щелевые оптопары могут быть более крупными и мощными, что позволяет им использоваться для контроля скорости, позиции и наличия объектов, а также в системах автоматического управления и контроля.
Оптопары закрытые
В закрытых оптронах элементы находятся внутри герметичного корпуса, который защищает их от внешних воздействий и помех.
Одним из главных преимуществ закрытых оптопар является их высокий коэффициент передачи и защита от внешних помех. Это делает их более надежными и точными в измерении и контроле различных параметров, таких как скорость, позиция, уровень и прочее. Кроме того, закрытые оптопары могут использоваться в широком диапазоне температур и влажности, что делает их универсальными и широко применяемыми в различных отраслях промышленности.
Оптопары по типу фотоприемника
Оптопары диодные
Диодные оптроны изготавливаются на основе кремниевых фотодиодов и арсенид-галлиевых светодиодов. Оптопары этого типа отличаются самым высоким быстродействием фотоприемников на p-i-n-структурах, малыми темновыми токами в выходной цепи и высоким сопротивлением гальванической развязки.
Они имеют широкое применение. На их основе создаются импульсные трансформаторы без обмоток, что важно для микросхем. Они также используются для передачи сигналов между блоками сложной радиоэлектронной аппаратуры, для управления работой ИМС, особенно тех, у которых входной ток очень мал.
Оптопары транзисторные
Транзисторный оптрон выполняется из фотоприемного элемента на основе кремниевого фототранзистора с n-p-n структурой на основе кремния. В качестве источников света также используются арсенидогаллиевые диоды, максимальная точка спектрального излучения которых совпадает с областью наибольшей чувствительности фототранзистора.
Излучательный диод расположен таким образом, чтобы большая часть света попадала на базовую область транзистора. Таким образом транзисторные оптопары позволяют получать высокие значения коэффициента передачи по току при умеренных тока и способны управлять значительными токами при удовлетворительном быстродействии.
Оптопары данного типа работают главным образом режиме ключей и применяются в коммутаторных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, в качестве реле и т.д.
Оптопары резисторные
Резисторная оптопара использует в качестве фотоприемного элемента фоторезистор на основе сульфида кадмия и селенида кадмия. Оптопары такого типа обладают высокой чувствительностью, достигающей максимума в красной области видимого спектра и захватывающей ближнюю инфракрасную область.
Они способны управлять относительно большими токами, при этом их передаточная люксамперная характеристика близка к линейной. Высокое темновое сопротивление, достигающее десятков ГОм, обеспечивает максимально возможный динамический диапазон по освещенности и наименьшие нелинейные искажения сигнала. Однако быстродействие таких фоторезисторов низкое.
Резисторные оптопары находят применение в автоматическом регулировании усиления, связи между каскадами, управлении бесконтактными делителями напряжения, модуляции сигналов, формировании различных сигналов и т.д.
Оптопары тиристорные
В тиристорных оптопарах в качестве приемного элемента используется кремниевый фототиристор, который имеет четырехслойную p-n-p-n структуру, аналогичную обычному тиристору.
Тиристорный оптрон обладает большим внутренним усилением фототока, и его включенное состояние сохраняется при прекращении излучения входного светодиода. В результате управляющий сигнал на тиристорную пару может подаваться в течение короткого времени, необходимого для отпирания тиристора. Это позволяет значительно снизить энергию, необходимую для управления тиристорной оптопарой.
Этот тип оптопар применяется для формирования импульсов, управления мощными тиристорами, коммутации и управления различными устройствами с мощными нагрузками.
Оптопары симисторные
Симисторные оптопары обеспечивают отличную гальваническую развязку между низковольтной управляющей частью схемы и силовой нагрузкой с помощью оптического канала. Они состоят из инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия, соединенного оптическим каналом с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Они нашли широкое применение при бесконтактном управлении высоковольтными цепями, работающими на переменном или пульсирующем токе. Кроме непосредственного управления нагрузкой, такие элементы могут использоваться для запуска (включения) более мощных приборов.
Оптопары по степени интеграции
Оптопары оптические (элементарные)
Элементарный оптрон — это полупроводниковый прибор, который состоит из оптического передатчика (излучателя), оптического канала и приёмника оптического сигнала. Таким образом, элементарными являются все оптроны на основе фотодиодов, фототранзисторов, фоторезисторов, перечисленные ранее.
Оптопары электронно-оптические (микросхемы)
Оптоэлектронные микросхемы содержат одну или несколько оптопар, а также согласующие элементы или электронные интегральные схемы (для усиления, формирования или обработки сигнала), объединенные при помощи гибридной технологии в один корпус. Оптоэлектронные микросхемы обладают более широкими возможностями, чем элементарные оптроны.
Применение
Универсальность оптронов как элементов гальванической развязки и бесконтактного управления, разнообразие и уникальность многих других функций являются причиной того, что сферами применения этих приборов стали вычислительная техника, автоматика, связная и радиотехническая аппаратура, автоматизированные системы управления, измерительная техника, системы контроля и регулирования, медицинская электроника, устройства визуального отображения информации.
Различные оптроны (диодные, резисторные, транзисторные) находят применение в исключительно радиотехнических схемах модуляции, автоматической регулировки усиления и др. Воздействие по оптическому каналу используется здесь для вывода схемы в оптимальный рабочий режим, для бесконтактной перестройки режима и т. п.
Достаточно специфическим является использование оптронов в энергетических целях, т. е. работа диодного оптрона в фотовентильном режиме. В таком режиме фотодиод генерирует электрическую мощность в нагрузку и оптрон до определенной степени подобен маломощному вторичному источнику питания, полностью развязанному от первичной цепи.
Другая важнейшая область применения оптронов — оптическое, бесконтактное управление сильноточными и высоковольтными цепями. Запуск мощных тиристоров, триаков, симисторов, управление электромеханическими релейными устройствами.
Маркировка и система обозначений
Оптроны не имеют унифицированной международной системы обозначений, она может отличаться в зависимости от производителя и страны происхождения. Однако каждый прибор обязательно имеет свою маркировку, которая позволяет однозначно идентифицировать их тип и характеристики на основании технической документации.
Однако некоторые отечественные производители применяют для оптронов общую систему обозначений для фотоприемных приборов:
Первый элемент — буква или цифра обозначает материал:
- Г или 1 — германий и его соединения;
- К или 2 — кремний и его соединения;
- А или 3 — соединения галлия.
Второй элемент — буква, указывающая класс прибора:
- Д — диоды;
- Н — тиристоры диодные;
- У — тиристоры триодные;
- Т — транзисторы биполярные;
- П — транзисторы полевые;
- Т2 – сложные фототранзисторы;
- ДТ – диоды и транзисторы;
- 2Д (2Т) – диоды дифференциальные, либо транзисторы.
Третий элемент — число, указывающее назначение и качественные свойства прибора (тип фотоприемника).
Обозначение на схеме
На изображении ниже представлено условное графическое обозначение (УГО) оптопары:
- а) резисторной;
- б) диодной;
- в) транзисторной;
- г) тиристорной.
Источник: dip8.ru
Отзыв: Оптопара Sharp PC817 — При выходе из строя становится чудовищем.
При внезапном выходе из строя оптопара способна создать проблему резкого скачка выходного напряжения в импульсном блоке питания. В лучшем случае при наличии защиты от перенапряжения просто вывести БП из строя.
Оригинальные оптопары (оптроны) PC817 с 1990 года выпускаются японской компанией «Sharp Electrionic Components». Оптопары Sharp PC817 с нижних фотографий с большой долей вероятности китайские аналоги оригиналов от «Sharp» производства компаний Guangdong Kexin Industrial или Hotchip Technology. Притом вполне качественные, и по уровню изготовления вряд-ли уступающие оригиналам. Хотя, что также не исключено, это и есть оригинальный «Sharp» производства одной из китайских фабрик радиодеталей. Где под чутким японским менеджментом от «Sharp Electrionic Components» производят оригинальные оптроны PC817:
Цена оптопар Sharp PC817 по большому счёту копеечная при покупке их на сайте китайского ритейлера Aliexpress. Где они за недорого десятками в лотах продаются у многих китайских продавцов. А при такой низкой цене подделывать их нет особого резона. Обойдётся такая деталь при перечете на единицу всего в несколько рублей. В местных магазинах типа «Чип и Дип», торгующих радиодеталями, одна новая оптопара PC817 стоит порядка 15 рублей.
В каждой оптопаре PC817 содержатся два внутренних полупроводниковых элемента – светодиод и фототранзистор. Два вывода светодиода расположены со стороны метки в виде точки на миниатюрном 4-pin корпусе оптрона:
Два вывода фототранзистора – коллектор и эмиттер — располагаются с другой стороны корпуса. В норме при неподключенном светодиоде оптрона умный тестер mega328 на эти выводы 3 и 4 не реагирует:
Вывод базы у фототранзистора отсутствует. Роль управляющей переходом коллектор-эмиттер базы фототранзистора выполняет свечение внутреннего светодиода.
При подаче напряжения на внутренний светодиод оптопары он начинает светиться, притом внешне это никак не заметно. В зависимости от степени его свечения сопротивление между выводами коллектора и эмиттера фототранзистора линейно падает.
Именно по этому принципу работы оптрона PC817 работает автоматическая регулировка на выходе подавляющего большинства современных маломощных и среднемощных импульсных блоков питания, выполненных в компактных корпусах. Если выходное напряжение блока растёт, то усиливается свечение светодиода оптрона, работающего от вторичных цепей.
Снижающееся внутреннее сопротивление фототранзистора при этом воздействует на первичные цепи источника питания. Таким образом и достигается стабилизация выходного напряжения импульсного блока питания. А без такой обратной связи между выходом и входом источника питания никак не обойтись. Также в этой цепочке нередко задействован микросхемный стабилитрон напряжения типа Fairchild Semiconductor TL431. Однако стабилитрона TL431 в упрощённых схемах импульсных источников питания может и не быть.
Типовая схема обратноходового импульсного блока питания на 5V и 12V приведена внизу. Там оптрон PC817 на схеме отмечен красным кружком:
Вот так это выглядит на практике:
Между встроенными элементами оптопары имеется крепкая электрическая изоляция. Пробойная электрическая устойчивость между светодиодом и фототранзистором может достигать 5000 вольт. Таким образом, оптопара гальванически надёжно разделяет опасные в плане напряжения для человека входные цепи импульсного блока питания, и безопасные для человека его выходные цепи. Электрические характеристики оптопары Sharp PC817 приведены внизу:
В ходе длительного опыта эксплуатации множества импульсных блоков питания, оснащённых по схеме оптроном Sharp PC817, данная радиодеталь продемонстрировала свою высокую надёжность и долговечность. Однако не абсолютную, и это проявилось в работе китайского 5V 1A USB адаптера питания Binmer. Его начинка на нижней фотографии. На переднем плане виднеется миниатюрный диодный мостик Taitron MB10M, который служит для начинки адаптера выпрямителем сетевого напряжения бытовой электрической сети 230V:
Вид печатной платы USB адаптера питания Binmer со стороны печатного монтажа:
В какой-то не очень прекрасный момент внутри этого адаптера что-то хлопнуло, а из его внутренностей запахло дымком. При этом к адаптеру был подключен один из USB девайсов, который после хлопка был немедленно отключен от БП. При последующем контроле с помощью USB тестера Keweisi KWS-A16, который рассчитан на максимальные 30 вольт измеряемого напряжения, на USB выходе адаптера питания Binmer было зафиксировано около 20 вольт выходного напряжения вместо положенных 5 вольт:
Просто чудом неисправный адаптер не повредил и не сжёг подключенный к нему на тот момент 5-вольтовый USB девайс. Какое чудовище сотворило это безобразие с опасным скачком выходного напряжения, пришлось выяснять в дальнейшем.
При вскрытии адаптера был обнаружен взорвавшийся электролитический конденсатор номиналом 470 мкФ x 10В из вторичной цепи:
Который явно «хлопнул» от внезапно возникшего перенапряжения. Ему на замену был приготовлен новый такой же ёмкости с брендом TLC, но уже с рабочим напряжением 16V вместо 10V:
После замены конденсатора на исправный USB выход адаптера по-прежнему «порадовал» перенапряжением на выходе около 20 вольт вместо 5 вольт положенных:
При этом установленный новый электролитический конденсатор номиналом 470 мкФ, и уже на максимальные 16В, мгновенно разогрелся от имеющегося перенапряжения:
И только благодаря кратковременности диагностического подключения адаптера этот новичок не успел «рвануть», хотя лёгкий дымок снизу от него пойти успел. Такого страдальца снова пришлось пускать под замену. И в очередной раз убедились, что у китайских электролитических конденсаторов никакого запаса по маркированному рабочему напряжению нет.
В схеме адаптера имеются диодный мостик, пара диодов и пара транзисторов. Все они при прозвонке мультиметром оказались исправными. Далее родная оптопара PC817 была выпаяна, и после проверки заменена на новую:
Светодиодная секция прежней оптопары PC817 была проверена на исправность с помощью тестера mega328. Она оказалась неисправной:
На тестере mega328 новая оптопара Sharp PC817, подключенная первыми двумя выводами со стороны метки корпуса, демонстрирует следующие нормальные показатели:
После замены прежней оптопары на новую блок питания Binmer продемонстрировал правильное выходное напряжение:
Также для отличия отремонтированного адаптера питания от других таких же, ещё не ремонтированных, синий светодиод индикации был заменён на красный.
Нагрузочные токовые характеристики отремонтированного адаптера под резисторной нагрузкой:
Максимальный реальный ток на выходе, который такой девайс способен выдать без заметной просадки выходного напряжения, не превышает значения в 0,8A:
В итоге выход из строя по непонятным причинам оптопары PC817 в USB адаптере питания привёл к аварийному росту его выходного напряжения с 5 вольт до практически 20 вольт. Что является крайне опасным событием для подключенных к неисправному адаптеру 5-вольтовых устройств. А защиты от выходного перенапряжения в виде пробиваемого стабилитрона на выходе дешёвых китайских адаптеров, подобных этому, нет.
Таким образом, может случиться своеобразная рулетка – откажет цепь стабилизации выходного напряжения, по схеме завязанная на оптопару PC817, или не откажет. И если она вдруг откажет, то «взбесившийся» импульсный блок питания может натворить немало бед. Самыми скромными из которых будут взорвавшиеся выходные электролитические конденсаторы вторичных цепей.
Именно поэтому не стоит находиться вблизи разобранного от корпуса импульсного блока питания в момент его включения в электрическую сеть. Чтобы взорвавшийся конденсатор вторичной цепи не выстрелил своим корпусом в глаз незадачливому ремонтнику. Такой неблагоприятный поворот событий исключать не следует. Для защиты от подобных эксцессов при ремонтах следует не лениться, и подключать ремонтируемый импульсный блок питания в электрическую сеть через лампу накаливания мощностью 40-60 Вт.
Источник: otzovik.com