Оптокоуплерийг релетэй хэрхэн холбох вэ?

Микроконтроллерууд (MCUs) нь хүчдэлийн огцом өсөлтөд маш мэдрэмтгий байдаг. Тэд мөн индуктив дуу чимээтэй тэмцдэг. Механик релетэй шууд холбогдох нь найдвартай байдалд ихээхэн эрсдэл учруулдаг. Реле ороомгийн гэнэтийн урвуу цахилгаан хөдөлгөгч хүч нь эмзэг GPIO зүүг амархан устгадаг.

Та завсрын тусгаарлах давхаргыг нэвтрүүлэх замаар энэ асуудлыг шийдэж болно. Оптокоуплер ашиглах нь цахилгааны цоорхойг найдвартай холбодог. Энэ нь шаардлагатай логик түвшний шилжилтийг хангадаг. Зөв утастай бол энэ бүрэлдэхүүн хэсэг нь жинхэнэ галаник тусгаарлалтыг баталгаажуулдаг.

Энэхүү гарын авлага нь транзисторын тусламжтайгаар хөтчийн шууд аргуудыг үнэлэх болно. Бид таны дагаж мөрдөх ёстой бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хатуу хязгаарлалтуудыг тоймлон харуулах болно. Мөн бид утас залгахад аюулгүй ажиллах арга барилыг бий болгоно. Төгсгөлд нь та масс үйлдвэрлэл, өндөр найдвартай хэрэглээнд зориулсан бат бөх хэлхээг хэрхэн бүтээхийг ойлгох болно.

Гол арга хэмжээ

• Шууд жолоодох нь ховор байдаг: Стандарт оптокоуплерууд (PC817 гэх мэт) коллекторын гүйдлийн хатуу хязгаарлалттай (~50 мА); найдвартай ажиллагаа нь бараг үргэлж зуучлагч транзистор шаарддаг.

• Хамтарсан газар нь тусгаарлалтыг эвддэг: Тусдаа тэжээлийн эх үүсвэр ашиглахгүйгээр зүгээр л оптокоуплер нэмэхэд (жишээ нь, JD-VCC холбогчийг тохируулах) 'хуурамч тусгаарлалт' үүсдэг.

• ЗТ чухал: Одоогийн шилжүүлгийн харьцаа (CTR)-ийн хэлбэлзэл нь дизайны боломжит хэмжээнд ихээхэн нөлөөлдөг.

• Хамгаалалт нь заавал байх ёстой: Flyback диод болон оролтын гүйдлийг хязгаарлах резисторууд нь эд ангиудын урт наслалтын хувьд тохиролцох боломжгүй юм.

1. Optocoupler Rele-ийн инженерчлэлийн кейс

Инженерүүд бага хүчдэлийн логикийг өндөр чадлын ачааллаас байнга салгадаг. Optocoupler Relay нь энэхүү салгах алтан стандартыг илэрхийлдэг.

Үндсэн функцийг тодорхойлох

Оптокоуплер нь хоёр цахилгаан домайныг физик байдлаар тусгаарладаг. Энэ нь дотоод хэт улаан туяаны LED болон тохирох фототранзисторыг агуулдаг. Та LED-ийг нэг талдаа асаана. LED нь тусгаарлагчийн жижиг цоорхойгоор гэрэл цацруулдаг. Фототранзистор энэ гэрлийг илрүүлж, асдаг. Энэхүү гэрэлд суурилсан дамжуулалт нь цахилгааны шууд холболтыг арилгадаг.

Индуктив буцаах хамгаалалт

Механик реле нь цахилгаан соронзон ашигладаг. Та физик контактуудыг хөдөлгөхийн тулд ороомогыг эрч хүчтэй болгодог. Эрчим хүчийг арилгахад соронзон орон шууд нурна. Энэ нуралт нь урвуу цахилгаан хөдөлгөгч хүчийг (Буцах EMF) үүсгэдэг. Үүний үр дүнд хүчдэлийн огцом өсөлт нь хэдэн зуун вольт хүрч болно. Оптик тусгаарлалт нь эмзэг MCU GPIO зүүг энэхүү хор хөнөөлтэй санал хүсэлтээс бүрэн хамгаалдаг.

Логик түвшний шилжилт

Орчин үеийн микроконтроллерууд бага хүчдэлд ажилладаг. ESP32 эсвэл Raspberry Pi нь 3.3V гаралттай. Гэсэн хэдий ч олон үйлдвэрлэлийн реле ороомог нь 5V, 12V, эсвэл 24V шаарддаг. Шууд холболтууд нь босго хүчдэлийн уналтын асуудлыг үүсгэдэг. MCU нь хангалттай хүчдэл өгч чадахгүй. Оптокоуплер үүнийг саадгүй шийддэг. Таны 3.3V логик нь ердөө л жижиг дотоод LED-ийг тэжээдэг. Фототранзистор тал нь гадны өндөр хүчдэлийг хялбархан сольж өгдөг.

Шилдэг туршлага: Оптокоуплерыг үргэлж дохионы гүүр гэж үздэг. Үүнийг хүнд даацын жолооч гэж үзэж болохгүй.

2. Холболтын архитектурын үндсэн аргууд

Та эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэд хэдэн аргаар холбож болно. Зарим аргууд нь хурдан тест хийхэд тохиромжтой. Бусад аргууд нь урт хугацааны арилжааны найдвартай байдлыг баталгаажуулдаг.

А хандлага: Шууд хөтлөх арга (Өндөр эрсдэлтэй)

Зарим дизайнерууд optocoupler-ийг шууд реле ороомогтой холбохыг оролддог. Та фототранзистор ялгаруулагчийг газартай холбоно. Та коллекторыг ороомгийн сөрөг тал руу шууд холбоно.

• Нөхцөл: Энэ нь зөвхөн хатуу параметрийн дагуу хэрэгжих боломжтой. Реле ороомгийн эсэргүүцэл 300 Ом-оос их байх ёстой. Энэ нь 30-40 мА-аас доош татах ёстой.

• Хэмжээний эрсдэл: Энэ нь ихэвчлэн туршилтын самбар дээр ажилладаг. Гэсэн хэдий ч масс үйлдвэрлэлд амжилтгүй болдог. Optocouplers нь одоогийн дамжуулалтын харьцаа (CTR) цаг хугацааны явцад доройтдог. Тэд бас дулааны хатуу хязгаарлалттай байдаг. Өндөр гүйдэл нь фототранзисторыг хэт халахад хүргэдэг. Энэ нь эцэстээ шатдаг.

Арга В: Транзисторын тусламжтай хөтөч (Үйлдвэрийн стандарт)

Энэ арга нь мэргэжлийн стандартыг илэрхийлдэг. Та хоёрдогч транзисторыг идэвхжүүлэхийн тулд optocoupler ашигладаг. Энэ транзистор нь хүнд ороомгийн гүйдлийг зохицуулдаг.

1. NPN транзисторын тохиргоо: BC547 шиг нийтлэг NPN ашигла. Оптокоуплер ялгаруулагчийг транзисторын сууринд холбоно. Оптокоуплер коллекторыг эерэг төмөр замдаа холбоно уу. Эерэг төмөр зам ба транзистор коллекторын хооронд реле ороомог холбоно. Транзисторын ялгаруулагч нь газар руу явдаг.

2. PNP транзисторын тохиргоо: BC557 шиг PNP ашиглана уу. Оптокоуплер коллекторыг транзисторын сууринд холбоно. Ялгаруулагчийг газартай холбоно. Транзистор нь релений чадлын өндөр талыг шилжүүлдэг.

Арга С: Арилжааны оптик холболтын реле модулиуд

Олон инженерүүд урьдчилан бүтээсэн 5V хос суваг модулиудыг худалдаж авдаг. Ан Optical Coupling Relay модуль нь шаардлагатай бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэгтгэдэг. Эдгээр самбарт оптокоуплер, хөтөч транзистор, хамгаалалтын диод орно.

Тэдгээр нь ихэвчлэн өндөр түвшний болон доод түвшний гох горимтой байдаг. MCU эерэг хүчдэл илгээх үед өндөр түвшний триггерүүд идэвхждэг. MCU дохионы зүүг газар руу татах үед доод түвшний гох идэвхждэг. Та модулийг байрлуулахаасаа өмнө түүний тусгай дохио-газрын чиглүүлэлтийн талаар ойлгох ёстой.

3. Жинхэнэ гальваник тусгаарлалтад хүрэх (JD-VCC дүрэм)

Олон техник хангамжийн системүүд optocoupler-ийг буруу ашигладаг. Тэд бүрэлдэхүүн хэсгийг багтаасан боловч бодит тусгаарлалтыг хэрэгжүүлж чадахгүй байна.

'Cargo Cult' инженерийн домог

Салбарын нийтлэг алдаа бол цахилгаан дамжуулах төмөр замтай холбоотой. Инженерүүд хэлхээнд optocoupler байрлуулдаг. Дараа нь тэд MCU VCC болон Ground-ийг релений самбартай хуваалцдаг. Энэ нь цахилгаан тусгаарлалтыг бүрэн үгүйсгэдэг. Үүнийг бид 'ачааны культ' инженерчлэл гэж нэрлэдэг. Бүрэлдэхүүн хэсэг нь харагдахуйц зөв харагдаж байна. Гэсэн хэдий ч, хуваалцсан газрын зам нь дуу чимээ, шуугианыг MCU руу буцаах боломжийг олгодог.

Бие даасан хэлхээний тухай ойлголт

Жинхэнэ тусгаарлалт нь 'гар чийдэн ба фоторезистор' зарчмыг шаарддаг. Гар чийдэн барьж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Өөр хэн нэгэн өрөөний цаана фоторезистор барьдаг. Та өөрийн батерейтай. Тэд өөрсдийн батарейтай. Чамайг ямар ч утас холбодоггүй.

Таны хэлхээ үүнийг дуурайсан байх ёстой. MCU тал нь LED-ийг асаахын тулд өөрийн хаалттай цахилгаан хүрд хэрэгтэй. Реле тал нь бүрэн тусдаа цахилгаан хүрд шаарддаг. Та хоёр өөр тэжээлийн хангамжийг өгөх ёстой.

JD-VCC Jumper-ийг тохируулж байна

Ихэнх арилжааны самбарууд нь JD-VCC гэсэн шошготой жижиг холбогчтой байдаг.

• Jumper ON (Shared Power): Холбогч нь VCC болон JD-VCC-ийг холбодог. Ороомог ба оптокоуплерын гаралт нь MCU-ийн хүчийг хуваалцдаг. Энэ тохиргоо нь зөвхөн логик түвшний өөрчлөлтөд хэрэгтэй. Энэ нь тэг гальваник тусгаарлалтыг хангадаг.

• Jumper OFF (Жинхэнэ тусгаарлалт): Та холбогчийг арилгана. Та MCU тэжээлээ VCC зүү рүү холбоно. Та JD-VCC зүүг хоёрдогч, бүрэн бие даасан тэжээлийн эх үүсвэрээр хангана. Энэ нь өндөр хүчдэлийн талыг MCU логик талаас албан ёсоор тусгаарладаг.

Нийтлэг алдаа: Оптокоуплерыг цахилгааны хүчтэй давалгаанаас хамгаална гэж хүлээж байхад JD-VCC холбогчийг асаалттай орхисон.

4. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн сонголт ба хэлхээний хамгаалалтын бодит байдал

Захиалгат хэлхээг зохион бүтээх нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сайтар хянаж үзэхийг шаарддаг. Та хэсгүүдийг сохроор сонгох боломжгүй.

Optocoupler-ийн одоогийн хязгаар

PC817 эсвэл TIL111 гэх мэт стандарт оптокоуплерууд нь хатуу хил хязгаартай байдаг. Тэдгээрийн онцлог нь үнэмлэхүй хамгийн их LED гүйдэл юм. Энэ нь ихэвчлэн 50 мА орчим байдаг. Хамгийн чухал нь тэд маш их хувьсах Одоогийн шилжүүлгийн харьцаатай байдаг. ЗС нь тодорхой багцаас хамаарч 50% -аас 600% хооронд хэлбэлздэг.

Хэрэв танд 50% CTR байгаа бол 10мА LED оролт нь зөвхөн 5мА гаралтын гүйдлийг өгдөг. Таны MCU зүү нь хангалттай LED хөтөчийн гүйдлийг хангах ёстой. Энэ нь хүлээн авагч талын транзисторын ханалтыг баталгаажуулдаг. Хэрэв транзистор ханаж чадахгүй бол хэт халах болно.

Урагшлах хүчдэл ба резисторын хэмжээ

Та дотоод LED-ийг хамгаалах ёстой. Та шууд хүчдэлийн уналт дээр үндэслэн оролтын хязгаарлах резисторыг зөв тооцоолно. Ердийн дотоод хэт улаан туяаны LED нь ойролцоогоор 1.4V буурдаг.

Хэрэв таны MCU 3.3V гарвал резистор дээр 1.9V үлдсэн байна. Аюулгүй 10 мА хөтөч гүйдэлд хүрэхийн тулд Ohm-ийн хуулийг ашиглана уу (R = V/I). 1.9V-ыг 0.010А-д хуваана. Танд 190 Ом эсэргүүцэл хэрэгтэй. Стандарт 220 ом эсэргүүцэл нь төгс ажилладаг.

Flyback диодын интеграци

Та индуктив цохилтыг номхотгох ёстой. Чухал шийдэл нь урвуу хэвийсэн диод юм. Та 1N4001 шиг диодыг реле ороомогтой зэрэгцүүлэн байрлуулна. Хэвийн ажиллагааны үед диод нь гүйдлийг блоклодог. Ороомог хүчдэлгүй болоход соронзон орны туйлшрал өөрчлөгдөнө. Одоо диод нь энэ тодорхой энергийн богино холболтын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь хоргүй дулаан шиг индуктив өргөлтийг аюулгүйгээр тараадаг.

5. Байршуулахын өмнөх загварчлал ба алдааг олж засварлах

Туршилтгүй загварыг хэзээ ч үйлдвэрлэл рүү илгээж болохгүй.

Симуляцийн баталгаажуулалт

ПХБ захиалахаасаа өмнө Электрон дизайны автоматжуулалт (EDA) программ хангамжийг ашигла. Proteus гэх мэт программ хангамж нь танд CTR зан төлөвийг үнэн зөв загварчлах боломжийг олгодог. Та гох гүйдлийг дуурайж, транзисторын ханалтын хязгаарыг шалгаж болно. Програм хангамжийн резисторын утгыг тохируулна уу. Энэ нь цаг хугацаа хэмнэж, прототипийг дэмий үрэхээс сэргийлнэ.

Талбайн нийтлэг алдааг оношлох

Сайн зохион бүтээгдсэн систем хүртэл талбайн асуудалтай тулгардаг. Асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд энэхүү бүтэцлэгдсэн аргыг ашигла.

• Модуль хариу өгөхгүй байна: JD-VCC холбогчийн байршлыг шалгана уу. Хэрэв та үүнийг тусгаарлахын тулд устгасан бол давхар цахилгаан хангамжийн бүрэн бүтэн байдлыг баталгаажуулна уу. Мультиметр ашиглан газрын хоёр замыг шалгана уу. MCU нь гох зүү дээр зөв хүчдэл гаргаж байгаа эсэхийг шалгаарай.

• Реле дарах боловч ачаалалгүй шилжих: Хяналтын логик ажилладаг боловч тэжээлийн зам амжилтгүй болсон. Хэт гүйдлийн улмаас контакт нуман эсвэл бичил гагнуурыг тодорхойлох. Хэрэв дотоод контактууд хоорондоо нийлдэг бол реле товших боловч хэлхээг нээж, хааж чадахгүй. Та реле солих, ачааллын хязгаарыг үнэлэх ёстой.

• Логик урвуу: Унтраах үед ачаалал идэвхждэг. Энэ нь та дээд/доод түвшний өдөөгчтэй таарахгүй байна гэсэн үг. MCU кодыг шалгана уу. Үүнийг техник хангамжийн утастай харьцуул. Энгийн кодын хөрвүүлэлт (ӨНДӨР болгож БАГА болгож өөрчлөх) үүнийг ихэвчлэн засдаг.

Дүгнэлт

Найдвартай техник хангамжийн загвар нь цахилгааны хил хязгаарыг анхаарч үзэхийг шаарддаг. Шууд хөтлөх аргуудаас илүү транзисторын тусламжтай загварыг үргэлж дэмж. Шууд жолоодлого нь хэт их урт хугацааны эрсдэл дагуулдаг. Жинхэнэ гальваник тусгаарлалтад хүрэхийн тулд та өөрийн эрчим хүчний домэйнүүдийг физик байдлаар тусгаарлах ёстой. Хамтарсан газар нь оптокоуплеруудыг хүчтэй дуу чимээний эсрэг бараг ашиггүй болгодог.

Таны дараагийн алхамууд бичиг баримтыг сайтар хянаж үзэх шаардлагатай. Сонгосон хэсгүүдийнхээ бүрэлдэхүүн хэсгийн мэдээллийн хуудсыг яг уншихыг зөвлөж байна. Өөрийн тусгай CTR хязгаарыг баталгаажуулна уу. Эцэст нь модулийн схемийг зур. Та эд анги худалдаж авах эсвэл захиалгаар үйлдвэрлэж эхлэхээсээ өмнө бие даасан газрын замуудыг баталгаажуулна уу.

Түгээмэл асуултууд

А: Оптокоуплер механик реле шууд жолоодож чадах уу?

Хариулт: Тийм ээ, гэхдээ зөвхөн маш хязгаарлагдмал нөхцөлд. Ороомгийн гүйдэл 30 мА-аас бага байх ёстой. Бид арилжааны хэрэглээний хувьд үүнийг маш ихээр хориглодог. Коллекторын гүйдлийн дээд хязгаар ба CTR хэлбэлзэл нь цаг хугацааны явцад шууд жолоодлогыг найдваргүй болгодог.

Асуулт: Оптокоуплер ашиглахад нийтлэг үндэслэл хэрэгтэй юу?

Х: Үгүй. Жинхэнэ гальваник тусгаарлалтад хүрэхийн тулд оролтын тал (MCU) ба гаралтын тал (реле ороомог) нь бүрэн тусдаа, салангид тэжээлийн эх үүсвэр, газардуулгатай байх ёстой. Газар хуваалцах нь тусгаарлалтыг эвддэг.

Асуулт: Миний optocoupler реле модуль яагаад JD-VCC зүүтэй байдаг вэ?

Х: JD-VCC зүү нь реле ороомгийн хүчийг микроконтроллерийн хүчнээс салгах боломжийг олгодог. JD-VCC-ийг тусдаа эх үүсвэрээр тэжээх нь хоёр талын цахилгаан тусгаарлалтыг бий болгодог.