オプトカプラー：そのタイプとDC / AC回路でのさまざまなアプリケーション

オプトカプラーは、2つの絶縁された回路間で電気信号を転送する電子部品です。オプトカプラーは、オプトアイソレーター、フォトカプラー、または光アイソレーターとも呼ばれます。

多くの場合、回路、特に低電圧またはノイズに敏感な回路では、オプトカプラーを使用して回路を分離し、電気的衝突の可能性を防止したり、不要なノイズを排除したりします。現在の商用市場では、25 kV / uSの過渡電圧の仕様で、耐電圧容量を出力するために10 kV〜20kVの入力を備えたオプトカプラーを購入できます。

フォトカプラの内部構造

これがオプトカプラーの内部構造です。左側のピン1とピン2が露出しており、LED（発光ダイオード）であり、LEDは感光性トランジスタに赤外光を放射します。右側にあります。フォトトランジスタは、一般的なBJTトランジスタと同じように、コレクタとエミッタによって出力回路を切り替えます。LEDの強度は、フォトトランジスタを直接制御します。LEDは異なる回路で制御でき、フォトトランジスタは異なる回路を制御できるため、2つの独立した回路をオプトカプラーで制御できます。また、フォトトランジスタと赤外線LEDの間のスペースは、透明で非導電性の素材です。2つの異なる回路を電気的に絶縁しています。LEDとフォトトランジスタの間のくぼんだスペースは、ガラス、空気、または透明なプラスチックを使用して作成できます。電気的絶縁ははるかに高く、通常は10kV以上です。

オプトカプラーの種類

多く存在するフォトカプラの異なる種類が自分のニーズやスイッチング機能に基づいて、市販されています。用途に応じて、主に4種類のフォトカプラをご用意しています。

1. フォトトランジスタを使用したフォトカプラ。
2. フォトダーリントントランジスタを使用したフォトカプラ。
3. 使用フォトカプラフォトトライアックを。
4. PhotoSCRを使用したフォトカプラ。

フォトトランジスタフォトカプラ

上の画像では、内部構造がフォトトランジスタオプトカプラーの内部に示されています。トランジスタのタイプは、PNPまたはNPNのいずれでもかまいません。

フォトトランジスタは、出力ピンの可用性に応じて、さらに2つのタイプになります。左側の2番目の画像には、トランジスタのベースに内部接続されている追加のピン配列があります。このピン6は、フォトトランジスタの感度を制御するために使用されます。多くの場合、ピンは、高い値の抵抗を使用してグランドまたは負に接続するために使用されます。この構成では、ノイズまたは電気的過渡現象による誤ったトリガーを効果的に制御できます。

また、フォトトランジスタベースのオプトカプラを使用する前に、ユーザーはトランジスタの最大定格を知っている必要があります。PC816、PC817、LTV817、K847PHは、広く使用されているフォトトランジスタベースのフォトカプラです。写真–トランジスタベースのオプトカプラは、DC回路関連のアイソレーションで使用されます。

写真-ダーリントントランジスタオプトカプラー

上の画像には2種類のシンボルがあり、フォトダーリントンベースのオプトカプラーの内部構造が示されています。

ダーリントントランジスタは2つのトランジスタペアで、1つのトランジスタが他のトランジスタベースを制御します。この構成では、ダーリントントランジスタが高いゲイン能力を提供します。いつものように、LEDは赤外線LEDを放射し、ペアトランジスタのベースを制御します。

このタイプのオプトカプラーは、絶縁用のDC回路関連領域でも使用されます。トランジスタのベースに内部接続されている6番目のピンは、フォトトランジスタの説明で前述したように、トランジスタの感度を制御するために使用されます。4N32、4N33、H21B1、H21B2、H21B3は、いくつかのフォトダーリントンベースのオプトカプラーの例です。

フォトトライアックフォトカプラ

上の画像には、内部構造またはトライアックベースのオプトカプラーが示されています。

トライアックは主にACベースの制御またはスイッチングが必要な場合に使用されます。LEDはDCを使用して制御でき、トライアックはACを制御するために使用されます。この場合も、オプトカプラーは優れたアイソレーションを提供します。これが1つのトライアックアプリケーションです。フォトトライアックベースの光カプラ例は、IL420 、4N35などオプトカプラーベースTRIACの一例です。

Photo-SCRベースのオプトカプラー

SCRはシリコン制御整流器の略で、SCRはサイリスタとも呼ばれます。上の画像には、Photo-SCRベースのオプトカプラーの内部構造が示されています。他のオプトカプラーと同じように、LEDは赤外線を放射します。SCRは、LEDの強度によって制御されます。AC関連回路で使用されるフォトSCRベースのオプトカプラー。サイリスタの詳細については、こちらをご覧ください。

フォトSCRベースのオプトカプラーの例は次のとおりです。- MOC3071、IL400、MOC3072など。

フォトカプラの応用

前に説明したように、DC回路で使用されるいくつかのオプトカプラーとAC関連の操作で使用されるいくつかのオプトカプラー。オプトカプラーは2つの側面間の直接電気接続を許可しないため、オプトカプラーの主な用途は2つの回路を分離することです。

他のアプリケーションの切り替えから、トランジスタを使用してアプリケーションを切り替えることができるのと同じように、オプトカプラーを使用できます。これは、高電圧回路から必要なデジタルパルスまたはアナログ情報が必要なさまざまなマイクロコントローラー関連の操作で使用できます。オプトカプラーは、この2つの間の優れた分離に使用できます。

オプトカプラーは、AC検出、DC制御関連の操作に使用できます。オプトトランジスタのいくつかのアプリケーションを見てみましょう。

DC回路を切り替えるためのオプトカプラー：

上の回路では、フォトトランジスタベースのオプトカプラ回路が使用されています。これは、一般的なトランジスタスイッチのように機能します。回路図では、低コストのフォトトランジスタベースのオプトカプラPC817が使用されています。赤外線LEDは、S1スイッチによって制御されます。スイッチがオンになると、9Vバッテリーソースが電流制限抵抗10kを介してLEDに電流を供給します。強度はR1抵抗によって制御されます。値を変えて抵抗を低くすると、LEDの強度が高くなり、トランジスタのゲインが高くなります。

反対側では、トランジスタは内部赤外線LEDによって制御されるフォトトランジスタであり、 LEDが赤外線を放出すると、フォトトランジスタが接触し、VOUTが0になり、その間に接続されている負荷がオフになります。データシートによると、トランジスタのコレクタ電流は50mAであることを覚えておく必要があります。R2はVOUT5vを提供します。R2はプルアップ抵抗です。

以下のビデオで、オプトカプラーを使用したLEDの切り替えを確認できます…

この構成では、フォトトランジスタベースのオプトカプラをマイクロコントローラとともに使用して、パルスまたは割り込みを検出できます。

AC電圧を検出するためのオプトカプラー：

ここでは、AC電圧を検出するための別の回路が示されています。赤外線LEDは、2つの100k抵抗を使用して制御されます。1つの200k抵抗の代わりに使用される2つの100k抵抗は、短絡関連の状態に対する安全性を高めるためのものです。LEDは壁のコンセントライン（L）とニュートラルライン（N）の間に接続されています。S1を押すと、LEDが赤外線を発し始めます。フォトトランジスタが応答し、VOUTを5Vから0Vに変換します。

この構成では、オプトカプラーは、AC電圧検出が必要なマイクロコントローラーユニットなどの低電圧回路の両端に接続できます。出力は、正方形の高から低へのパルスを生成します。

現在のところ、最初の回路はDC回路を制御または切り替えるために使用され、2番目はAC回路を検出してDC回路を制御または切り替えるために使用されます。次に、DC回路を使用してAC回路を制御する方法を説明します。

DC電圧を使用してAC回路を制御するためのオプトカプラー：

上の回路では、LEDは10kの抵抗とスイッチの状態を介して9Vバッテリーによって再び制御されます。反対側では、220VACコンセントからACLAMPを制御するフォトトライアックベースのオプトカプラーが使用されます。68R抵抗は、オプトカプラユニット内のフォトトライアックによって制御されるBT136トライアックを制御するために使用されます。

このタイプの構成は、低電圧回路を使用して電化製品を制御するために使用されます。IL420は、フォトトライアックベースのオプトカプラーである上の回路図で使用されています。

このタイプの回路以外に、SMPSでオプトカプラーを使用して、2次側の短絡または過電流状態情報を1次側に送信できます。

オプトカプラーICの実際の動作を確認したい場合は、以下の回路を確認してください。

• Octocouplerの概要とATmega8とのインターフェース
• GSMとArduinoを使用したプリペイドエネルギーメーター
• IRリモート制御トライアック調光回路
• 暗闇とAC電源ラインオフ検出器を備えたラズベリーパイ非常灯
• PICマイクロコントローラーを使用したIRリモート制御ホームオートメーション