Industriell elektronisk utrustning fungerar i elektriskt bullriga och mekaniskt utmanande miljöer. Problemet är att automatiserings-, kontroll- och instrumenteringskomponenter beror på exakta signaler utan elektrisk störning eller distorsion för att fungera korrekt. Som ett resultat används ofta optokoppelmoduler av ingenjörer som signalkällor och som signalskyddsförmedlare mellan kraftförsörjning, industriella kontroller och andra komponenter.
I industriella applikationer är en OptoCoupler-modul en fristående DIN-Rail Mounted-enhet som ger optisk isolering av signalvägen. I kärnan finns en optokopplare, en krets med en ljusemitterande diod eller LED och en fotokänslig enhet. Inmatningssidan av optokoppelmodulen består av kraft- eller signalingångelektronik och LED. Utgången består av den fotosensitiva enheten (vanligtvis en fototransistor eller fotodiode) i utgångskretsen. När strömmen passeras genom lysdioden orsakar det utsläpp av infrarött ljus, som aktiverar den fotokänsliga enheten, vilket gör att strömmen kan passera genom optokopplarens utgång. På detta sätt är optokopplarutgången analog med en digital switch som slår på och stängs av beroende på närvaron av en insatsspänningssignal.
En nyckelparameter för en optokopplare är det aktuella överföringsförhållandet eller CTR, vilket är ett mått på förhållandet mellan ingångs- och utgångsströmmarna. Medan industriella kontroller kan fungera utan en optokopplare, förbättrar den senare säkerhet, tillförlitlighet och noggrannhet och undviker de potentiella problemen med att göra direkta (icke-isolerade) signalanslutningar.
1. OptoCoUpler -moduler skyddar mot elektrisk störning:Från enkla mekaniska gränsomkopplare till protokollbaserad dataöverföring är allt i en industriell miljö mottaglig för elektriskt brus. Dessa signaler är mest sårbara om de måste resa något avstånd. Här isolerar optokopplare det gemensamma lägesbruset som genereras av stray -strömmar som strömmar genom markanslutningen. För att göra detta ska du ställa in systemet korrekt med optokopplaren genom att ansluta käll- och mottagarkretsarna för att separera mark- och signalanslutningar.
2. OptoCoupler-modulen ansluter högspänningen och lågspänningskretsar:De kan skadas om signalinmatningen till den industriella styrenheten överskrider setgränserna ...... Men det är ofta nödvändigt att hålla reda på effektnivåer. Till exempel kan en PLC: s digitala ingång utformas för att acceptera 24 VDC, men måste övervaka en 220 V AC -belastning. Att ansluta 220 VAC direkt till PLC -ingången kommer uppenbarligen att skada den senare. Därför kan en OptoCoupler -modul acceptera en 220 VAC -ingång och generera en återkopplingsutgångsspänning inom det maximala tillåtna ingångsområdet för styrenheten.
3. OptoCoupler -moduler skyddar industriella kontroller från övergående händelser:Transienter är plötsliga kortlivade spänning eller ström. Trots deras korta varaktighet kan transienter orsaka betydande skador på industriella kontroller. Här kan en OptoCoupler -modul användas som en isoleringsbarriär mellan den industriella styrenheten och eventuella fältsensorer som utsätts för överspänningar eller Inrush -strömmar.
Medan optokoppelmoduler främst isolerar ingångssignalen från strömförsörjningen, hjälper vissa konstruktioner att säkerställa kvaliteten på utgångssignalen. Till exempel kan vissa optokoppelmoduler ersätta elektromekaniska signalreläer. Det senare arbetar vanligtvis med låga växlingsströmmar på 2A eller mindre. Detta gör att optokopplare med liknande eller högre utgångsströmmar är väl lämpade för att ersätta ... men är utformade för att hålla längre eftersom det inte finns några rörliga delar. Mer specifikt fungerar elektromekaniska reläer vanligtvis för 100, 000 till 1, 000, 000 cykler ...... men optoCoUpler-baserade reläer kan pågå i decennier. Dessutom undviker optokoppelmoduler de elektromekaniska problemen med bakre elektromotivkraft och signalstopp.
Den snabba växlingen av optokopplarbaserade solida tillståndsreläer gör dem lämpliga för ett brett utbud av högeffekt systemutgångsbelastningar. Optokopplare kan också komplettera industriella kraftförsörjningar med isolering.
Höghastighetsomkopplingsoptokopplare skyddar också standardkontroll- och styrkraftsignaler såsom pulsbreddmodulering eller PWM och MODBUS RS485, för att bara nämna två exempel. Här minimeras kopplingsbaserad EMI-koppling genom att isolera styrenheten och det mottagande elementet.
Över nolldetektering med optokoppelmoduler
Vissa AC-baserade applikationer kräver övernolldetektering, vilket är en mätning av övergången av en AC-signal när den växlar över och under noll. Här tillåter över-nollkretsen styrenheten att mäta vågformens frekvens och fas, liksom den smala pulsen som bildas vid utgången varje gång AC-signalen korsar 0 V-punkten. Variationer av detektorkretsen över noll finns i överflöd, men den optokopplarbaserade detektorkretsen är överlägsen. OptoCoupler tillhandahåller en brusisoleringsbarriär mellan AC-signalen och styrenheten ... Många OptoCoupler-moduler har till och med inbyggda nolldetekteringskretsar för att minimera enhetsantalet.
När en optokopplare kompletterar strömförsörjningen isolerar den vanligtvis systemet DC/AC, AC/AC, AC/DC eller DC/DC -omvandlare i återkopplingsslingan för strömförsörjningen (tillsammans med ingångssidans transformator). Detta arrangemang eliminerar alla direkta ledande vägar mellan kraftingången och alla utgångsterminaler (och eventuella anslutna fältenheter, motorer eller andra belastningar) för en säkrare och effektivare design. På utrustning som regelbundet växlar mellan mycket olika krafttillstånd kan optokopplare (till och med upp till tiotals KV/μSEC) skydda strömförsörjningen från övergående vanlig läge. I högspänningsapplikationer kan optokopplare också koppla bort markslingströmmar orsakade av olika kraftförsörjningar och är utformade för att ha en liten skillnad i markpotential, vilket eliminerar elektriska brusproblem med vanliga lägen.
Hur man väljer en OptoCoupler -modul
Dessa är de primära parametrarna som bestämmer det mest lämpliga valet av optokopplarmodul.
Ingångsspänning- Bestäm den maximala spänningen för ingångssignalen och välj en optokoppelmodul ovanför gränsen.
Utgångsspänning och ström- Se till att optokopplarens utgång kan hantera den spänning och ström som krävs av applikationen. Vissa optokopplare -moduler har höga ström eller högspänningsutgångar.
Resterid- Varje optokopplare som används för höghastighetssignalering behöver en responstid i mikrosekunder (μSEC).
Montering- OptoCoupler-kretsar kan byggas från grunden, men din-rail-monteringsmoduler är enkla att installera.