Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Оптроны (оптопары) — электронные приборы, служащие для преобразования сигнала электрического тока в световой поток. Их световой сигнал передается через каналы оптики, а также происходит обратная передача и преобразование света в электрический сигнал.

Устройство оптрона состоит из излучателя света и преобразователя светового луча (фотоприемника). В качестве излучателя в современных приборах используют светодиоды. В старых моделях применялись маленькие лампочки накаливания. Две составные части оптопары объединены общим корпусом и оптическим каналом.

Виды и устройство оптронов

Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать оптроны по группам. При разделении на классы оптронных изделий необходимо учитывать два фактора: тип фотоприемника и особенности общей конструкции прибора.

Первый признак классификации оптронов обуславливается тем, что у всех оптопар на входе расположен светодиод, поэтому возможности функционирования определяются свойствами устройства фотоприемника. Вторым признаком является исполнение конструкции, определяющее особенности использования оптрона.

Применяя такой смешанный принцип разделения, можно выделить три группы оптронных устройств:

• Элементарные оптопары.
• Оптоэлектронные микросхемы.
• Специальные оптопары.

Группы содержат в себе множество видов приборов. Для популярных оптопар применяются некоторые обозначения:

• Д – диодная.
• Т – транзисторная.
• R – резисторная.
• У – тиристорная.
• Т²– со сложным фототранзистором.
• ДТ – диодно-транзисторная.
• 2Д (2Т) – диодная дифференциальная, либо транзисторная.

Система свойств оптронных устройств основывается на системе свойств оптопар. Эта система создается из четырех групп свойств и режимов:

• Характеризует цепь входа оптопары.
• Характеризует выходные параметры.
• Объединяет степень действия излучателя на приемник света, и особенности прохода сигнала по оптопаре в качестве компонента связи.
• Объединяет свойства гальванической развязки.

Основными оптронными параметрами считаются свойства передачи и гальванической развязки. Важной величиной транзисторных и диодных оптронов считается коэффициент передачи тока.

Показателями гальванической развязки оптронов являются:

• Допустимое пиковое напряжение выхода и входа.
• Допустимое наибольшее напряжение выхода и входа.
• Сопротивление развязки.
• Проходная емкость.
• Допустимая наибольшая скорость изменения напряжения выхода и входа.

Первый параметр является наиболее важным. По нему определяют электрическую прочность оптрона, а также его способности применения в качестве гальванической развязки.

Эти параметры оптронов применимы и для интегральных микросхем на основе оптопар.

Обозначения оптопар на

схемах

 

Диодные оптопары

Оптроны на диодах (рис. а) больше других устройств показывают уровень развития оптронной технологии. По значению коэффициента передачи определяют полезное действие преобразования энергии в оптопаре. Величины временных значений свойств дают возможность определить наибольшие скорости передачи информации. Соединение с диодным оптроном усилителей позволяет создать эффективные устройства передачи информации.

Транзисторные оптроны

Эти приборы (рис. с) отличаются некоторыми свойствами от других видов оптопар. Одним из таких свойств является возможность оптического управления по цепи светодиода, и по основной электрической цепи. Цепь выхода может также действовать в режиме ключа и линейном режиме.

Принцип внутреннего усиления дает возможность получения больших величин коэффициента передачи тока. Поэтому дополнительные усилители не всегда нужны. Важным моментом является небольшая инерционность оптопары, что допускается для многих режимов. Фототранзисторы имеют выходные токи намного больше, чем фотодиоды. Поэтому они применяются для коммутации различных электрических цепей. Все это достигается простой технологией транзисторных оптронов.

Тиристорные оптроны

Такие оптопары (рис. b) имеют большую перспективу для коммутации мощных силовых цепей высокого напряжения: по мощности, нагрузке, скорости они более подходящие, чем Т² оптопары. Оптроны марки АОУ 103 служат для применения в качестве бесконтактных выключателей в разных электронных схемах: усилителях, управляющих цепях, источниках импульсов и т.д.

Резисторные оптроны

Такие устройства (рис. d) называют фоторезисторами. Они значительно различаются от других типов оптронов своими особенностями конструкции и технологией изготовления. Основным принципом работы фоторезистора является эффект фотопроводности, то есть, изменения величины сопротивления при воздействии светового потока.

Дифференциальные

Рассмотренные выше оптопары способны передавать цифровые данные по гальванической развязке цепи. Важной проблемой является передача аналогового сигнала при помощи оптронов, то есть, создание линейности свойств передачи «вход-выход». Только при наличии таких свойств оптопар можно передавать аналоговые данные по гальванической развязке цепи без цифрового вида и импульсной передачи.

Такая задача решается диодными оптопарами, имеющими качественные шумовые и частотные характеристики. Трудность в решении этой задачи заключается в узком интервале линейности передающей характеристики и линейности диодных оптопар. Такие приборы только начинают прогрессировать в развитии, но за ними большое будущее.

Оптронные микросхемы

Эти микросхемы являются наиболее популярными классами моделей оптронных устройств, благодаря конструктивной и электрической совместимости оптронных микросхем с простыми видами, а также намного большей функциональности. Широкое применение получили коммутационные оптронные микросхемы.

Специальные оптроны

Такие образцы имеют значительные отличия от стандартных моделей приборов. Они выполнены в виде оптопар с оптическим каналом открытого вида. В устройстве таких моделей между фотоприемником и излучателем находится воздушный промежуток. Поэтому, при размещении в нем механических препятствий можно управлять светом и сигналом выхода. Оптроны с открытым каналом оптики используются вместо оптических датчиков, которые фиксируют наличие предметов, их поверхность, поворот, перемещение и т.д.

Применение оптронных устройств

• Подобные устройства используются для передачи данных между устройствами, которые не соединены электрическими проводами.
• Также оптопары используются для отображения и получения информации в технике. Отдельно необходимо отметить оптронные датчики, служащие для контроля объектов и процессов, отличающихся по назначению и природе.
• Заметен прогресс оптронной функциональной микросхемотехники, которая ориентирована на решение различных задач по преобразованию и накоплению данных.
• Полезной эффективностью стала замена больших недолговечных устройств электромеханического типа приборами оптоэлектронного принципа действия.
• Иногда оптронные компоненты применяются в энергетике, хотя это довольно специфические решения.

Контроль электрических процессов

Мощность светового потока от светодиода и величина фототока, который образуется в линейных цепях фотоприемников, напрямую зависит от тока проводимости излучателя. Поэтому по бесконтактным оптическим каналам можно передать информацию о процессах в цепях электрического тока, связанных проводами с излучателем. Наиболее эффективным стало применение излучателей света оптопар в датчиках, электрических изменений в силовых цепях высокого напряжения. Точная информация об аналогичных изменениях имеет важность для своевременной защиты источников и потребителей электроэнергии от чрезмерных нагрузок.

Стабилизатор с контрольным оптроном

Оптроны эффективно работают в стабилизаторах высокого напряжения. В них они образуют оптические каналы обратных связей отрицательной величины. Стабилизатор, изображенный на схеме, является прибором последовательного вида. При этом элемент регулировки выполнен на биполярном транзисторе, а стабилитрон на основе кремния работает в качестве источника эталонного опорного напряжения. Компонентом сравнения является светодиод.

При возрастании выходного напряжения, повышается и проводимость светодиода. На транзистор оптрона оказывает действие фототранзистор, при этом стабилизирует напряжение на выходе.

Достоинства оптронов

• Бесконтактное управление объектами, гибкость и разнообразие видов управления.
• Устойчивость каналов связи к электромагнитным полям, что позволяет создать защиту от помех и взаимных наводок.
• Создание микроэлектронных устройств с приемниками света, свойства которых могут изменяться по определенным сложным законам.
• Увеличение перечня функций управления сигналом выхода оптронов с помощью воздействия на материал канала оптики, создание приборов и датчиков для передачи данных.

Недостатки оптронов

• Малый КПД, вследствие двойного преобразования энергии, большой расход электроэнергии.
• Значительная зависимость работы от температуры.
• Большой собственный шумовой уровень.
• Технология и конструкция недостаточно совершенны, так как применяется гибридная технология.

Такие отрицательные моменты оптронов постепенно устраняются по мере развития технологии схемотехники и создания материалов. Большая популярность оптронов вызвана, прежде всего, уникальными свойствами этих устройств.

Похожие темы:

Оптроны — Студопедия

Оптроном называется полупроводниковый прибор, в котором излучатель света и фотоприёмник оптически и конструктивно связаны между собой. Термин «оптрон» образован, как сокращение от английского «optical-electronic device».

В оптроне поступающий на вход электрический сигнал преобразуется излучателем в световой, передаётся по оптическому каналу к фотоприёмнику и снова преобразуется в электрический. При этом цепи входа и выхода гальванически отделены друг от друга. Источником светового излучения в оптроне служит арсенид-галлиевый легированный фосфором (GaAsP) светодиод, а фотоприёмником может быть кремниевый фотодиод, фототранзистор или фототиристор, потому что спектральные характеристики арсенид-галлиевого излучателя и кремниевого фотоприёмника хорошо согласуются между собой.

Оптическая среда в оптронах бывает трёх видов:

воздух или инертный газ – электрическая прочность Е_п = 1…5 кВ;

силикатное стекло или полимерные лаки – Е

_п = 0,1…1 кВ;

волоконные световоды (полиметилметакрилат) – Е_п = 50…150 кВ.

Условное графическое обозначение и основные параметры оптронов представлены в таблице 17.2.

Таблица 17.2

Основные параметры оптронов

Тип оптрона	диодный	транзисторный	тиристорный
Условное графическое обозначение
Буквенное обозначение	АОД	АОТ	АОУ
KI	0,02	30…100	102…103
fГР, МГц		0,5	-
Параметры коммутации выходной цепи	U = 10…40 В I = 0,2…10 мА	U = 5…30 В I = 5…50 мА	U = 50…1400 В I = 0,2…300 А

Оптроны широко применяются там, где необходимо обеспечить гальваническую развязку электрических цепей по условиям электробезопасности или для снижения помех, а также в волоконно-оптических линиях связи.

Мощные тиристорные оптроны называются оптотиристорами. Их применяют в регулируемых выпрямителях. Схема управления оптотиристора не содержит импульсного трансформатора, поэтому она получается проще и экономичнее.

Более подробные сведения об оптронах приведены в литературе [4, 9, 13, 15].

Контрольные вопросы

1. Поясните принцип работы светодиода. Почему в светодиодах нельзя использовать кремний и германий?

2. От чего зависит цвет излучения светодиода?

3. Как влияет температура кристалла на срок службы светодиода?

4. Нарисуйте схему включения светодиода. Для чего в схеме устанавливается резистор R_огр?

5. Как устроены сверх яркие светодиоды белого свечения?

6. Поясните принцип работы фотодиода. Какие полупроводниковые материалы применяют для изготовления фотодиодов?

7. В каких режимах работают фотодиоды? Приведите схемы использования фотодиодов в этих режимах.

8. Что такое оптрон?

9. Приведите пример обозначения оптрона и его основные характеристики.

10. В каких схемах применяют оптотиристоры?

Фотодиодный оптрон.

Условное графическое обозначение его приведено на рис. 8.10,а. В качестве излучателя используется светодиод на основе арсенида галлия. В качестве фотоприемников в диодных оптронах используются кремниевые фотодиоды, которые хорошо согласуются по спектральным характеристикам и быстродействию с арсенид-галлиевыми светодиодами. Коэффициент передачи тока диодного оптрона мал KI = 1,0

1,5%, однако диодные оптроны являются самыми быстродействующими. Как элемент электрической цепи фотоприемник диодного оптрона может работать в двух режимах: фотопреобразователя с внешним источником питания и фотогенератора без внешнего источника питания.

Рисунок 12.35 — Условное графическое обозначение фоторезисторного (а), фотодиодного (б), фототранзисторного (в) и фототиристорного (г) оптронов

Рис 1. Обобщенная структурная схема оптрона

Схема включения

5. Операционные усилители. Обозначение, маркировки. Достоинства и недостатки

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокойотрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронныхузлов.

V₊: неинвертирующий вход

V₋: инвертирующий вход

V_out: выход

V_S+: плюс источника питания (также может обозначаться как,, или)

V_S−: минус источника питания (также может обозначаться как ,, или)

Указанные пять выводов присутствуют в любом ОУ, они необходимы для его функционирования. Однако, существуют операционные усилители, не имеющие неинвертиующего входа

[1]. В частности, такие ОУ находят применение в аналоговых вычислительных машинах (АВМ). 

Достойнства ОУ:

ОУ имеет чрезвычайно высокий коэффициент усиления по напряжению (десятки и даже сотни тысяч), большое входное сопротивление (сотни кОм), малое выходное сопротивление ( десятки — сотни  Ом). Он усиливает широкий спектр чистот, вплоть до постоянной составляющей.

 Недостатки ОУ:

-Коэффициент усиления ОУ КU меняется от экземпляра к экземпляру в очень широких пределах. Например, для ОУ серии К153УД1 

-Коэффициент усиления КU сильно зависит от температуры окружающей среды. Это обусловлено зависимостью от температуры коэффициента передачи тока базы транзисторов.

1. Интегральная микросхема. Определение виды и типы имс. Способы их изготовления. Степень интеграции.

2. Фоторезистор, назначение, структура. Вольтамперная характеристика.

3. Таблица истинности логического элемента И.

4. Операционный усилитель в схеме инвертирующего усилителя. Схема , коэффициент усиления. Вид обратной связи. Передаточная характеристика.

5. RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ Логическая структура. Таблица переключений триггера. Запрещенная комбинация

6. Таблица истинности логического элемента ИЛИ.

7. Неинвертирующая схема ОУ. Схема, коэф.усиления. Передаточная хар-ка. Вид обратной связи

8. Синхронный триггер СRS (RST)-типа на базе ЛЭ И-НЕ

9. Таблица истинности ЛЭ И-НЕ

10. Дифференциальная схема выполнения ОУ. Назначение. Коэффициент усиления.

11. Т-триггер на базе JK-триггера. Назначение, временная диаграмма сигналов.

12. Таблица истинности ЛЭ ИЛИ-НЕ

13. Схема интегрирующего усилителя на базе ОУ. Назначение. Привести диаграмму выходного напряжения, если на вход подан сигнал типа меандр.

14. JK-триггер. Назначение. Таблица переключений, его особенности.

15. Релейно-контакторный эквивалент логического элемента И.

16. Дифференциатор на базе ОУ. Назначение. Привести диаграмму выходного напряжения если на вход подано напряжение типа треугольник.

17. Светодиод, назначение, схема включения в электрическую цепь, яркостная характеристика.

18. Оптрон. Назначение. Блок схема простейшего оптрона.

19. Преобразоватеь напряжения в напряжение на базе инвертирующей схемы ОУ. Входные выходные сопротивления, коэффициент усиления.

20. Тиристор, назначение, структура, Схема включения, ВАХ, способ управления.

21. Релейно-контакторная схема логического элемента ИЛИ

22. Преобразователь тока в напряжение на ОУ. Схема пояснения. Передаточная характеристика.

23. Фоторезисторный оптрон

24. Релейно-контакторный эквивалент логического элемента И-НЕ

25. Усилитель мощности на базе инвертирующего ОУ и усилителя тока на комплементарных транзисторах. Назначение элементов схемы. Назначение обратной связи. Передаточная характеристика.

26. Логические переменные и логические функции. Способы их задания.

27. Счетчик импульсов с модулем счета 2 на базе Т-триггера

28. Составные транзисторы. Схема. Назначение. Коэффициент усиления.

29. Основной логический базис для построения логических схем.

30. Шифратор. Назначение. Принцип построения.

31. Счетчики импульсов. Назначение. Коэффициент счета.

32. Схема включения ОУ на двухполярный источник питания и на два входных напряжения.

33. Релейно-контакторный эквивалент логического элемента ИЛИ – НЕ.

34. Регистр сдвига. Назначение. Схема трехразрядного сдвигового регистра вправо.

35. Схема преобразователя напряжения в ток на базе ОУ.

36. Обозначение и структурная формула логического элемента И.

37. Привести схему неинвертирующего усилителя на базе ОУ. Какие элементы образуют обратную связь. Каким образом производителя компенсация входного напряжения.

38. Элемент, выполняющий дизъюнкцию, называется дизъюнктором или элементом ИЛИ. 

39. Фотодиодный оптрон.

40. Операционные усилители. Обозначение, маркировки. Достоинства и недостатки

Операционный усилитель 

Оптрон строение, назначение, подключение к ESP8266 | TehnoZet-2

Исправление от 01.02.2021

Оптроны (оптопары) — электросветовые приборы, служащие для двойного преобразования электрического тока в свет и света в электрический ток.

Обозначение в схемах

Обозначение на схемах

Обозначение на схемах

Или так

Обозначение на схемах

Обозначение на схемах

Внутренне строение на рентгене

Строение

Строение

По принципу исполнения бывают с:

• открытым оптическим каналом
• закрытым оптическим каналом

С открытым каналом

Имеет механическое разделение приемное и передающей частей, таким образом можно прерывать световой поток.

Данный электронный компонент входит в компьютерную мышь, это мы о оптическом энкодере, в дешевые мыши ставится механический (о нем в статье: «Энкодер что, зачем, почему?»). Просматривая эту информацию вы прокручиваете страничку колесиком мышки — и вот там в колесике как раз и работает вот такой оптрон с открытым оптическим каналом (конечно если у вас дорогая премиальная мышь)

С закрытым каналом

Оптрон тут это полностью закрытый прибор служит для гальванической развязки элементов схемы, т. е. электрически разделяются элементы схемы. Применений может быть огромное множество.

Выскажу банальную вещь, но. Исходя из принципа работы, оптрон проводит сигнал только в одну сторону от светодиода к фототранзистору. В другую сторону передача информации не возможна.

Передача информации

Передача информации

Может применятся для согласования логических уровней, статья: «Логические уровни и их преобразование», но только как однонаправленный конвертер

У меня есть оптроны двух типов, заказывал я их как всегда на Ali, это :

Разберемся с этими оптронами (PC817, PC357C) они с закрытым каналом и выполнены в едином неразрывном корпусе

PC817

Характеристики:

• Количество каналов: 1
• Тип выхода: фототранзистор
• Напряжение изоляции: 5000В
• Максимальный прямой ток: 50мА
• Максимальное выходное напряжение: 35В
• Время включения: 4мкс
• Время выключения: 3мкс

Принцип работы

Принцип работы прост, но нужно понимать что по сути это два электрически разных прибора объединённых в одном корпусе

• С одной стороны на входе это светодиод и рассчитываем параметры схемы мы исходя из принципа расчета для светодиода.
• С другой стороны на выходе это фототранзистор, это обычный транзистор, но он открывается при освещении, а освещается он светодиодом

Все характеристики я приводит не буду, но вот основные:

Для входа (светодиод)

Типовое напряжение питания (прямое напряжение) 1,2 В, при токе (прямой ток) 20 мА (0,02 А) По сути это питания светодиода.

Если мы захоти его подключить к ПИНу ESP8266 «стандартный «резистор будет на 1КОм (1000 Ом)

Поговорим о выходе

Для выхода (фототранзистор)

напряжение коллектор-эмиттер до 35 В;

напряжение эмиттер — коллектор до 6 В;

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А)

Так как там расположен фототранзистор то электрические характеристики и соответствуют ему

Фототранзистор это как обычный транзистор только на базу (полупроводниковый базовый слой) не подается электрический ток для открытия транзистора, а подается свет (в данном случае от светодиода) и под воздействием света транзистор открывается.

Транзистор работает в режиме переключения это означает, что он либо открыт (включен), либо закрыт (выключен)

Так как это NPN транзистор то в направлении коллектор-эмиттер он хорошо пропускает ток и способен пропустить до 35 вольт

А вот в обратном направлении он то же способен пропускать ток, но делает это плохо неохотно всего до 6 вольт

Распайка PC817

Распиновка PC817

Распиновка PC817

Или вот так

Распиновка PC817

Распиновка PC817

Или вот так, прямо на чипе

Распиновка PC817

Распиновка PC817

Исходя из описанного выше типовая схема включения будет следующей

№1 с подтяжкой (стягивающий) к питанию

Подключение оптрона с подтяжкой к питанию

Подключение оптрона с подтяжкой к питанию

№2 с подтяжкой к земле

Подключение оптрона с подтяжкой к земле

Подключение оптрона с подтяжкой к земле

А как подключать? А как удобнее в конкретном случае так и подключайте.

Где R — резистор (сопротивление):

• R1 — Токоограничивающий резистор светодиода, около 1КОм при напряжении 3,3-5 вольт
• R2 — Подтягивающий резистор, 1кОм-10 кОм.
• R3 — Токоограничивающий резистор пина контролера, 200 Oм — 2 кОм

Про подтягивающий и стягивающий резисторы отдельная статья: «Подтягивающий (стягивающий), токоограничивающий резисторы. Зачем, для чего, почему и конечно, что делать?»

PC357C

Перейдем к PC357C

Распиновка: абсолютно такая же как для PC817, см. выше.

Характеристики

Вход

Типовое напряжение питания (прямое напряжение) 1,2 В, при токе (прямой ток) 20 мА (0,02 А).По сути это питания светодиода. Все то же что и выше для PC817

Выход

Напряжение коллектор-эмиттер до 80 В (больше почти в два раза)

Напряжение эмиттер — коллектор до 6 В (то же что и выше)

Коллекторный ток до 50 мА (0,05 А) (то же что и выше)

Но по сути все тоже самое что и выше.

Создаем простейший тестер оптопары

Теперь зная все это мы можем создать сами тестер оптопары которыми переполнен интернет с условием использовать минимум деталей. Нам обязательно понадобится светодиод для детекции работы и два токоограничивающего резистора и все.

• R1 — токоограничивающий резистор для оптопары 1Kom
• R2- токоограничивающий резистор для светодиода 1Kom
• VCC1-питание (+) для светодиода
• VCC2 -питание (+) для оптопары
• Индикаторный светодиод

Тестер оптопары

Тестер оптопары

Я специально разделил питание на две части, для лучшего понимания схемы.

Принцип работы для самых маленьких

Когда есть питание только на VCC1 (+) светодиод не горит потому как коллектор-эмитер закрыт светодиод оптопары не работает

Когда есть питание только на VCC2 (+) светодиод не горит потому как на нем нет положительного потенциала, но оптопара работает мы просто этого не видим.

И только когда есть питание и на VCC1 (+) и на VCC2 (+) светодиод горит в этом случае транзистор оптопары открылся — оптопара рабочая.

И вот как это выглядит в реальности

Тестер оптопары

Тестер оптопары

Практическая реализация

Перейдем к практической реализации. Мне нужно собрать контроллер наличия напряжения в сети, а именно наличия/отсутствия постоянного напряжения в12 вольт для ESP8266. Можно это сделать разными способами, например с помощью резистивного делителя напряжения или с помощью оптрона и это хороший вариант так как в данном случае разные части схемы будут гальванически развязаны.

Контроллер постоянного напряжение сети 12 вольт на оптроне

Мне понадобится:

• Один оптрон, например PC817
• Сопротивление (R), я взял все по 1.5 кОм (SMD 152)

На данной схеме земля общая т. е. гальванической развязки нет.

Схема

По сути это схема которая была выше

Схема принципиальная электрическая подключение оптрона

Схема принципиальная электрическая подключение оптрона

Если напряжение 12 вольт есть то на ПИНе будет «+» т. е. высокий уровень или, по другому «1». Если 12 вольт нет, светодиод не светит, транзистор закрыт на ПИНе минус, низкий уровень, «0».

Настройка в прошивке ESP Easy

Настроим все это в прошивке ESP Easy, по сути это выключатель, включено/выключено (один или ноль) поэтому выбираем «Switch input — Switch»

ESP Easy «Switch input — Switch»

ESP Easy «Switch input — Switch»

А затем стандартная настройка как для выключателя. Можно посмотреть в статьях

• Подключение кнопки на ESP8266
• Подключаем кнопку и светодиод и настраиваем их в прошивке ESP Easy

Вот скриншот, все как обычно

Конечно вы выбираете свое GPIO, то которое используете, у меня это GPIO0

Если есть напряжение в сети, значение («Values») будет «1»

Если нет напряжения в сети 12 вольт, значение («Values») будет «0»

На сегодня все, но к оптронам мы еще вернемся, это был разогрев перед более серьезными вещами, и да, я интригую.

Статьи по теме на нашем канале:

Прошивка ESP Easy

Подписывайтесь на наш канал TehnoZet-2, будет интересно! Мы только развиваемся! Понравилась статья, хотите продолжения — ставьте лайк, жмите палец вверх!

Фотодиод, фототранзистор, фототиристор, оптрон: определения, разновидности, характеристики

Фотодиод определение

Рассмотрим устройства, основные физические процессы, характеристики и параметры фотодиода.

Устройство и основные физические процессы.

Изобразим упрощенную структуру фотодиода (рис. 1.126, а) и его условное графическое обозначение (рис. 1.126, б).

Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к процессам, протекающим в светодиодах. Основным физическим явлением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области p-n-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Электрическое поле p-n-перехода разделяет электроны и дырки. Неосновные носители электричества, для которых поле является ускоряющим, выводятся этим полем за переход. Основные носители задерживаются полем в своей области проводимости.

Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения u ак между анодом и катодом при разомкнутой цепи. Причем в соответствии со сделан­ным замечанием о разделении электронов и дырок  u ак > 0 (дырки переходят к аноду, а электроны — к катоду).

Характеристики и параметры фотодиодов

Фотодиоды удобно характеризовать семейством вольт-амперных характеристик, соответствующих различным световым потокам (световой поток измеряется в люменах, лм) или различным освещенностям (освещенность измеряется в люксах, лк).

Обратимся к вольт-амперным характеристикам (ВАХ) фотодиода (рис. 1.127).

Пусть вначале световой поток равен нулю, тогда ВАХ фотодиода фактически повторяет ВАХ обычного диода. Если световой поток не равен нулю, то фотоны, проникая в область p-n-перехода, вызывают генерацию пар электрон-дырка. Под действием электрического поля p-n-перехода носители электрода движутся к электродам (дырки — к электроду слоя p, электроны — к электроду слоя n ).

В результате между электродами возникает напряжение, которое возрастает при увеличении светового потока. При положительном напряжении анод-катод ток диода может быть отрицательным (четвертый квадрант характеристики). При этом прибор не потребляет, а вырабатывает энергию.

На практике фотодиоды используют и в так называемом режиме фотогенератора (фотогальванический режим, вентильный режим), и в так называемом режиме фотопреобразователя (фотодиодный режим).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Режим фотогенератора имеет место при u > 0 и i

Режим фотопреобразователя соответствует соотношениям u < 0 и i < 0 (третий квадрант). В этом режиме фотодиод потребляет энергию ( u · i > 0) от некоторого обязательно имеющегося в цепи внешнего источника напряжения (рис. 1.128).

Графический анализ этого режима выполняется при использовании линии нагрузки, как и для обычного диода. При этом характеристики обычно условно изображают в первом квадранте (рис. 1.129).

Фотодиоды являются более быстродействующими приборами по сравнению с фоторезисторами. Они работают на частотах 10⁷ — 10¹⁰ Гц. Фотодиод часто используется в оптопарах светодиод-фотодиод. В этом случае различные характеристики фотодиода соответствуют различным токам светодиода (который при этом создает различные световые потоки). Изобразим соответствующие току светодиода 20 мА характеристики фотодиода, входящего в оптопару АОД112А-1 (рис. 1.130, а).

При этом ток  i и напряжение  u фотодиода соответствуют обычным для диодов условно-положительным направлениям (рис. 1.130,6).

Определение фототранзистор и фототиристор

Выходные характеристики фототранзистора подобны выходным характеристикам обычного биполярного транзистора, но теперь положение характеристик определяется не током базы, а уровнем освещенности (или величиной светового потока).

Свойства фототиристора подобны свойствам обычного тиристора, однако с той лишь особенностью, что включение тиристора осуществляется не с помощью импульса тока управления, а с помощью светового импульса.

Определение оптрон (оптопара)

Оптрон — полупроводниковый прибор, содержащий источник излучения и приемник излучения, объединенные в одном корпусе и связанные между собой оптически, электрически или одновременно обеими связями. Очень широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используются фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.

В резисторных оптронах выходное сопротивление при изменении режима входной цепи может изменяться в 10⁷ … 10⁸раз. Кроме того, вольт-амперная характеристика фоторезистора отличается высокой линейностью и симметричностью, что и обусловливает широкую применимость резисторных оптопар в аналоговых устройствах. Недостатком резисторных оптронов является низкое быстродействие — 0,01 … 1 с.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

В цепях передачи цифровых информационных сигналов применяются главным образом диодные и транзисторные оптроны, а для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей — тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных и транзисторных оптронов характеризуется временем переключения, которое часто лежит в диапазоне 5…50 мкс. Для некоторых оптронов это время меньше.

Рассмотрим несколько подробнее оптопару светодиод-фотодиод. Дадим условное графическое обозначение этой оптопары (рис. 1.131, а).

Напомним, что излучающий диод (слева) должен быть включен в прямом направлении, а фотодиод — в прямом (режим фотогенератора) или в обратном направлении (режим фотопреобразователя).

Воспользуемся общепринятым выбором условно-положительных направлений для токов и напряжений диодов оптопары (рис. 1.131,6).

Изобразим зависимость тока i_вых от тока i_вx при u вых = 0 для оптопары АОД107А (рис. 1.132).

Указанная оптопара предназначена для работы как в фотогенераторном, так и в фотопреобразовательном режиме.

Разновидности индикаторов

К основным типам индикаторов относятся:

• полупроводниковые индикаторы (ППИ),
• вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ),
• газоразрядные индикаторы (ГРИ)
• жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ).

 

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Рассмотрим наиболее широко используемые разновидности операционных усилителей, для питания которых применяются два источника напряжения (обычно +15 В и −15 В). По-другому это называют питанием от источника с нулевым выводом или от расщепленного источника ±15 В.

Простейшими ППИ являются светодиоды. Помимо них выпускаются цифровые и буквенно-цифровые, одно- и многоразрядные, шкальные и матричные ППИ. Они характеризуются высокой яркостью, большим сроком службы, низким рабочим напряжением, имеют малую инерционность и очень стойки к механическим воздействиям.

ВЛИ представляют собой вакуумный триод, содержащий прямонакальный катод, сетку и несколько анодов, покрытых люминофором и расположенных в одной плоскости. При подаче напряжения накала катод испускает электроны, которые под действием электрических полей сетки и анодов устремляются к анодам, и люминофор анодов начинает светиться.

Индикаторы этого типа обладают большой яркостью и долговечностью, незначительной потребляемой мощностью и хорошо сопрягаются с микросхемами на МДП-структурах.

Газоразрядные индикаторы до появления ВЛИ и ППИ были основными приборами техники индикации. И сейчас они широко применяются из-за высокой яркости, малой потребляемой мощности и высокого быстродействия. Но значительные рабочие напряжения (сотни вольт) не позволяют подключить ГРИ непосредственно к микросхемам.

Практически все ГРИ представляют собой газоразрядные диоды, содержащие один или несколько катодов и анод. При увеличении разности потенциалов между анодом и некоторым катодом ток через такой диод резко возрастает, а газ начинает светиться.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

ЖКИ имеют небольшие размеры, питаются от источника с низким напряжением, потребляют очень малую мощность (не более 100 мкВт) и обеспечивают хорошую четкость знаков при самом различном наружном освещении.

Поясним подробнее, что же такое жидкие кристаллы. Среди большого количества различных веществ, находящихся в жидком состоянии, значительная часть состоит из молекул, имеющих форму нити. Под воздействием электрического поля и в определенном диапазоне температур (10 … 55°С) в таких веществах возникает специфический эффект динамического рассеивания, в результате которого их коэффициент преломления (как для проходящего, так и для отраженного света) изменяется, и жидкость, непрозрачная в нормальном состоянии, начинает пропускать свет (она оказывается подобной твердому кристаллу).

Таким образом, сами жидкокристаллические индикаторы света не излучают. Для них необходимы источники постороннего света той или иной длины волны.

Как проверить оптопару (оптрон) — схема и принцип работы самодельного тестера

Потребовался простой способ проверки оптронов. Не часто я с ними «общаюсь», но бывают моменты, когда надо определить — виноват ли оптрон?.. Для этих целей сделал очень простой пробник. «Конструкция выходного часа».

Внешний вид пробника:

Схема данного пробника очень проста:

Теория:
Оптроны(оптопары) стоят практически в каждом импульсном блоке питания для гальванической развязки цепи обратной связи. В составе оптрона находятся обычный светодиод и фототранзистор. Упрощенно говоря, это, своего рода, маломощное электронное реле, с контактами на замыкание.

Принцип работы оптрона: Когда через встроенный светодиод проходит электрический ток, светодиод (в оптроне) начинает светиться, свет попадает на встроенный фототранзистор и открывает его.

Оптроны часто выпускается в корпусе Dip
Первая ножка микросхемы, по стандарту обозначается ключом, точкой на корпусе микросхемы, она же анод светодиода, далее номера ножек идут по окружности, против часовой стрелки.

Суть проверки: Фототранзистор, при попадании на него света от внутреннего светодиода,
переходит в открытое состояние, а сопротивление его — резко уменьшится (с очень большого сопротивления, до примерно 30-50 Ом.).

Практика:
Единственным минусом данного пробника является то, что для проверки необходимо выпаять оптрон и установить в держатель согласно ключу(у меня роль напоминалки является кнопка тестирования — она смещена в сторону, и ключ оптрона должен смотреть на кнопку).
Далее, при нажатии кнопки, (если оптрон цел), оба светодиода загорятся: Правый будет сигнализировать о том, что светодиод оптрона рабочий(цепь не разорвана), а левый сигнализировать о работоспособности фототранзистора(цепь не разорвана).

(Держатель у меня был только DIP-6 и пришлось залить неиспользуемые контакты термоклеем.)

Для окончательного тестирования, необходимо перевернуть оптрон «не по ключу» и проверить уже в таком виде — оба светодиода не должны гореть. Если же горят оба или один из них, то это говорит нам о коротком замыкании в оптроне.

Рекомендую такой пробник в качестве первого, для начинающих радиолюбителей, которым необходимо проверять оптроны раз в полгода, год)
Существуют и более современные схемы с логикой и сигнализацией о «выходе из параметров», но такие нужны для очень узкого круга людей.

ГОСТ 2.730-73* «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ

ГОСТ 2.730-73

ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ. ПРИБОРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ Unified system for design documentation. Graphical symbols in diagrams. Semiconductor devices

ГОСТ 2.730-73

Дата введения 1974-07-01

1. Настоящий стандарт устанавливает правила построения условных графических обозначений полупроводниковых приборов на схемах, выполняемых вручную или автоматическим способом во всех отраслях промышленности.

(Измененная редакция, Изм. № 3).

2. Обозначения элементов полупроводниковых приборов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование	Обозначение
1. (Исключен, Изм. № 2).
2. Электроды:
база с одним выводом
база с двумя выводами
Р-эмиттер с N-областью
N-эмиттер с Р-областью
несколько Р-эмиттеров с N -областью
несколько N -эмиттеров с Р-областью
коллектор с базой
несколько коллекторов, например, четыре коллектора на базе
3. Области: область между проводниковыми слоями с различной электропроводностью. Переход от Р-области к N-области и наоборот
область собственной электропроводности (I-область): l) между областями с электропроводностью разного типа  PIN или NIP
2) между областями с электропроводностью одного типа  PIP или NIN
3) между коллектором и областью с противоположной электропроводностью  PIN или NIP
4) между коллектором и областью с электропроводностью того же типа  PIP или NIN
4. Канал проводимости для полевых транзисторов: обогащенного типа
обедненного типа
5. Переход PN
6. Переход NP
7. Р-канал на подложке N-типа, обогащенный тип
8. N -канал на подложке Р-типа, обедненный тип
9. Затвор изолированный
10. Исток и сток Примечание. Линия истока должна быть изображена на продолжении линии затвора, например:
11. Выводы полупроводниковых приборов:
электрически, не соединенные с корпусом
электрически соединенные с корпусом
12. Вывод корпуса внешний. Допускается в месте присоединения к корпусу помещать точку

(Измененная редакция, Изм. № 2, 3).

3, 4. (Исключены, Изм. № 1).

5. Знаки, характеризующие физические свойства полупроводниковых приборов, приведены в табл.4.

Таблица 4

Наименование	Обозначение
1. Эффект туннельный
а) прямой
б) обращенный
2. Эффект лавинного пробоя: а) односторонний
б) двухсторонний 3-8. (Исключены, Изм. № 2).
9. Эффект Шоттки

6. Примеры построения обозначений полупроводниковых диодов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Наименование	Обозначение
1. Диод
Общее обозначение
2. Диод туннельный
3. Диод обращенный
4. Стабилитрон (диод лавинный выпрямительный)
а) односторонний
б) двухсторонний
5. Диод теплоэлектрический
6. Варикап (диод емкостный)
7. Диод двунаправленный
8. Модуль с несколькими (например, тремя) одинаковыми диодами с общим анодным и самостоятельными катодными выводами
8a. Модуль с несколькими одинаковыми диодами с общим катодным и самостоятельными анодными выводами
9. Диод Шотки
10. Диод светоизлучающий

7. Обозначения тиристоров приведены в табл. 6.

Таблица 6

Наименование	Обозначение
1. Тиристор диодный, запираемый в обратном направлении
2. Тиристор диодный, проводящий в обратном направлении
3. Тиристор диодный симметричный
4. Тиристор триодный. Общее обозначение
5. Тиристор триодный, запираемый в обратном направлении с управлением: по аноду
по катоду
6. Тиристор триодный выключаемый: общее обозначение
запираемый в обратном направлении, с управлением по аноду
запираемый в обратном направлении, с управлением по катоду
7. Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении:
общее обозначение
с управлением по аноду
с управлением по катоду
8. Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) — триак
9. Тиристор тетроидный, запираемый в обратном направлении

Примечание. Допускается обозначение тиристора с управлением по аноду изображать в виде продолжения соответствующей стороны треугольника.

8. Примеры построения обозначений транзисторов с Р-N-переходами приведены в табл. 7.

Таблица 7

Наименование	Обозначение
1. Транзистор а) типа PNP
б) типа NPN с выводом от внутреннего экрана
2. Транзистор типа NPN, коллектор соединен с корпусом
3. Транзистор лавинный типа NPN
4. Транзистор однопереходный с N-базой
5. Транзистор однопереходный с Р-базой
6. Транзистор двухбазовый типа NPN
7. Транзистор двухбазовый типа PNIP с выводом от i-области
8. Транзистор двухразовый типа PNIN с выводом от I-области
9. Транзистор многоэмиттерный типа NPN
Примечание. При выполнении схем допускается: а) выполнять обозначения транзисторов в зеркальном изображении, например, б) изображать корпус транзистора.

Таблица 8

Наименование	Обозначение
1. Транзистор полевой с каналом типа N
2. Транзистор полевой с каналом типа Р
3. Транзистор полевой с изолированным затвором баз вывода от подложки:
а) обогащенного типа с Р-каналом
б) обогащенного типа с N-каналом
в) обедненного типа с Р-каналом
г) обедненного типа с N-каналом
4. Транзистор полевой с изолированным затвором обогащенного типа с N-каналом, с внутренним соединением истока и подложки
5. Транзистор полевой с изолированным затвором с выводом от подложки обогащенного типа с Р-каналом
6. Транзистор полевой с двумя изолированными затворами обедненного типа с Р-каналом с выводом от подложки
7. Транзистор полевой с затвором Шоттки
8. Транзистор полевой с двумя затворами Шоттки

Примечание. Допускается изображать корпус транзисторов.

10. Примеры построений обозначений фоточувствительных и излучающих полупроводниковых приборов приведены в табл. 9.

Таблица 9

Наименование	Обозначение
1. Фоторезистор: а) общее обозначение
б) дифференциальный
2. Фотодиод
З. Фототиристор
4. Фототранзистор:
а) типа PNP
б) типа NPN
5. Фотоэлемент
6. Фотобатарея

Таблица 10

Наименование	Обозначение
1. Оптрон диодный
2. Оптрон тиристорный
3. Оптрон резисторный
4. Прибор оптоэлектронный с фотодиодом и усилителем:
а) совмещенно
б) разнесенно
5. Прибор оптоэлектронный с фототранзистором: а) с выводом от базы
б) без вывода от базы

Примечания:

1. Допускается изображать оптоэлектронные приборы разнесенным способом. При этом знак оптического взаимодействия должен быть заменен знаками оптического излучения и поглощения по ГОСТ 2.721-74,

например:

2. Взаимная ориентация обозначений источника и приемника не устанавливается, а определяется удобством вычерчивания схемы, например:

12. Примеры построения обозначений прочих полупроводниковых приборов приведены в табл. 11.

Таблица 11

Наименование	Обозначение
1. Датчик Холла
Токовые выводы датчика изображены линиями, отходящими от коротких сторон прямоугольника
2. Резистор магниточувствительный
3. Магнитный разветвитель

13. Примеры изображения типовых схем на полупроводниковых диодах приведены в табл. 12.

Таблица 12

Наименование	Обозначение
1. Однофазная мостовая выпрямительная схема:
а) развернутое изображение
б) упрощенное изображение (условное графическое обозначение) Примечание. К выводам 1-2 подключается напряжение переменного тока; выводы 3-4 — выпрямленное напряжение; вывод 3 имеет положительную полярность. Цифры 1, 2, 3 и 4 указаны для пояснения.
Пример применения условного графического обозначения на схеме
2. Трехфазная мостовая выпрямительная схема
3. Диодная матрица (фрагмент)
Примечание. Если все диоды в узлах матрицы включены идентично, то допускается применять упрощенный способ изображения. При этом на схеме должны быть приведены пояснения о способе включения диодов

14. Условные графические обозначения полупроводниковых приборов для схем, выполнение которых при помощи печатающих устройств ЭВМ предусмотрено стандартами Единой системы конструкторской документации, приведены в табл. 13.

Таблица 13

Наименование	Обозначение	Отпечатанное обозначение
1. Диод
2. Транзистор типа PNР
3. Транзистор типа NPN
4. Транзистор типа PNIP с выводом от I-области
5. Многоэмиттерный транзистор типа NPN

Примечание к пп. 2-5. Звездочкой отмечают вывод базы, знаком «больше» или «меньше» — вывод эмиттера.

15. Размеры (в модульной сетке) основных условных графических обозначений даны в приложении 2.

(Измененная редакция, Изм. № 4).

Приложение 1. (Исключено, Изм. № 4).

Наименование	Обозначение
1. Диод
2.. Тиристор диодный
3. Тиристор триодный
4. Транзистор 5. Транзистор полевой
6. Транзистор полевой с изолированным затвором

(Введено дополнительно, Изм. № 3).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

В. Р. Верченко, Ю. И. Степанов, Э. Я. Акопян, Ю. П. Широкий, В. П. Пармешин, И. К. Виноградова

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 16.08.73 № 2002

3 Соответствует СТ СЭВ 661-88

4 ВЗАМЕН ГОСТ 2.730-68, ГОСТ 2.747-68 в части пп. 33 и 34 таблицы

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ (январь 1995 г.) с Изменениями № 1, 2, 3, 4, утвержденными в июле 1980 г., апреле 1987 г., марте 1989 г., июле 1991 г. (ИУС 10-80, 7-87, 6-89, 10-91)

высоковольтных приложений для оптопар Broadcom ACNT

Введение

Семейство оптопар Broadcom ACNT обеспечивает путь утечки 15 мм и зазор 14,2 мм для применения с изоляцией высокого напряжения. Эти оптопары обеспечивают рабочее изоляционное напряжение 2262 В _PEAK и переходное перенапряжение 12000 В _PEAK в компактном корпусе SO-8 для поверхностного монтажа. Оптопары ACNT состоят из продуктов широкого диапазона, отвечающих различным требованиям и характеристикам гальванической развязки.Это оптопара с приводом затвора ACNT-h443, цифровая оптопара ACNT-H61L с низким энергопотреблением 10 МБод, изолирующий усилитель с высокой линейностью ACNT-H790 / H79A / H79B для измерения тока, датчик напряжения ACNT-H870 / H87A / H87B и ACNT-H50L / Низкоскоростной аналоговый оптрон H511. В примере трехфазного инвертора, который преобразует мощность постоянного тока в переменный ток в нагрузку (двигатель), на рисунке 1 показаны различные места изоляции и назначение каждого типа оптопары ACNT. Оптопары ACNT надежны и просты в использовании.

Рисунок 1: Оптопары ACNT для различных потребностей в изоляции инвертора.(Источник изображения: Broadcom Limited)

Тенденции высокого напряжения и требования

В сегментах возобновляемой (солнечной или ветровой) энергии, тяги и здравоохранения существует тенденция к более высокому напряжению на шине постоянного тока или требованиям устойчивости к высоким переходным напряжениям. Новые солнечные / фотоэлектрические системы используют 1500 В _{постоянного тока} от 1000 В _{постоянного тока} . Это обновление имеет преимущества более высокой энергоэффективности и более низких затрат.

Фактором, способствующим обоим этим преимуществам, является то, что можно сформировать больше блоков PV на цепочку (более длинную цепочку массивов PV).Блоки сумматора объединяют входящую мощность в один основной источник. Чем больше и меньше количество строк PV, тем меньше потребность в блоках объединителя. Более высокое входное напряжение постоянного тока также снижает потери мощности в проводе (меди). В целом, система на 1500 В имеет меньше соединений между массивами фотоэлектрических цепочек и инвертором по сравнению с системами на 1000 В или более низкое напряжение постоянного тока. Более высокая удельная мощность и меньшее количество оборудования также снижает затраты на техническое обслуживание. Одной из проблем системы 1500 В является электрическая безопасность и полный спектр стандартов сертификации для компонентов.Изоляция между модулем управления и силовыми устройствами должна выдерживать высокое напряжение (постоянное и переходное) и соответствующую длину пути утечки (рисунок 2). Оптроны ACNT Broadcom шириной 15 мм удовлетворяют этим требованиям.

Рисунок 2: PV-система выработки электроэнергии — 1500 В. (Источник изображения: Broadcom Limited)

В ветроэнергетических решениях в сегменте возобновляемых источников энергии оптопары ACNT приобретают популярность в европейских странах как часть национальной программы обновления распределительной сети для замены атомных электростанций на возобновляемые источники энергии.

На рисунке 3 показана изоляция преобразователя частоты с помощью маломощной оптопары ACNT-H61L шириной 15 мм и 10 МБод. Эти компоненты изолируют сигналы управления и обратной связи неисправности между низковольтным управлением и высоковольтными IGBT. В другом подсегменте электрической сети учет для линий распределения низкого или среднего напряжения становится более продвинутым в рамках внедрения интеллектуальной сети. Более широкий путь утечки требуется в 3-фазном (> 400 В _AC измерения) для безопасности и изоляции высокого напряжения передачи данных.Безопасность также имеет большее значение в интеллектуальной сети. Долговременная надежность низкоскоростного аналогового оптопара ACNT-H50L помогает защитить изолированную передачу данных.

Рисунок 3: Возобновляемая энергия — Преобразователь частоты ветровых решений. (Источник изображения: Broadcom Limited)

Еще один пример применения высокого напряжения — противобуксовочная система скоростного трамвая или монорельсовой дороги. В этих системах оптопары ACNT используются для преобразования постоянного тока в постоянный 1500 В. На рисунке 4 показан монорельсовый преобразователь мощности с напряжением шины 1500 В _{постоянного тока} .Имеются четыре цифровых оптопары для изолированного интерфейса управления высоким и низким напряжением и два изоляционных усилителя с измерением напряжения для изолированного управления уровнем напряжения, а также низкоскоростные аналоговые оптопары для изолированной связи ввода / вывода для обеспечения высоковольтной изоляции для обеспечения надежности и устойчивости при высоком напряжении. шумовая среда.

Рисунок 4: Преобразователь мощности в тяговых приложениях. (Источник изображения: Broadcom Limited)

В системе здравоохранения медицинский стандарт IEC 60601-1-2 редакции 4 ^{-го издания} предусматривает более высокий уровень электростатического разряда для контактных и воздушных разрядов.Этот тест на устойчивость к электростатическим разрядам применяется между цепями датчиков (например, артериального давления, ЭКГ), где пациент находится в прямом контакте с оборудованием, и платой управления устройства наблюдения за пациентом. ACNT-H61L отвечает этому пересмотренному требованию с переходным перенапряжением 12000 В _AC . Его широкий путь утечки и зазор позволяют увеличить изолирующий зазор и минимизировать электрическую дугу.

Пересмотр нормативных требований

Более строгие требования к путям утечки и зазорам стали результатом гармонизации международных органов по стандартизации UL и IEC.С 2016 года UL 508C (оборудование для преобразования энергии) переходит на IEC 61800-5-1 (системы электрических силовых приводов с регулируемой скоростью). Более широкий путь утечки и зазор для новой модели привода необходимы для поддержания тех же номинальных характеристик. Например, для усиленной изоляции с номиналом 690 В _AC требуется не менее 13,8 мм пути утечки и зазора.

В медицинских системах оптопары ACNT обладают преимуществами в плане устранения переходных перенапряжений с высокой устойчивостью к электростатическим разрядам, которые необходимы через изолирующий барьер.В приложении для наблюдения за пациентом тест на устойчивость к электростатическим разрядам применяется между схемой считывания (например, артериального давления, ЭКГ), где пациент напрямую контактирует с оборудованием, и платой управления устройства. Чтобы устранить современные угрозы электромагнитных помех (EMI) для медицинских устройств, которые все чаще используются за пределами больниц, существует новая четвертая редакция стандарта на медицинское электрическое оборудование IEC 60601-1-2, которая увеличивает уровни устойчивости к электростатическим разрядам во время тестирования медицинских устройств. устройства (рисунок 5).ACNT-H61L, используемый в устройствах для наблюдения за пациентом, обладает преимуществами высокого переходного перенапряжения, составляющего 12000 В _PEAK , а его путь утечки и зазор шириной 15 мм позволяют использовать более широкий изолирующий зазор для минимизации дугового разряда.

Рисунок 5: Обеспечение высокого напряжения изоляции в медицинских системах — ACNT-H61L. (Источник изображения: Broadcom Limited)

Оптопары Broadcom ACNT

Оптопары

Broadcom обладают отличными характеристиками и могут выдерживать скачки высокого напряжения (форма волны 1,2 мкс / 50 мкс).В соответствии со стандартом безопасности компонентов IEC 60747-5-5 оптопары Broadcom ACNT пропускают более 25 кВ. Критерий соответствия — отсутствие прокола или частичного разрушения твердой изоляции при частичном разряде менее 5 пКл. Как показано на Рисунке 6, ACNT-H50L испытывается в условиях, отличных от воздуха, на устранение электрической дуги при высоком скачке напряжения (см. Отчет о результатах испытаний TUV).

Рис. 6. Оптопары Broadcom выдерживают скачки высокого напряжения в соответствии с IEC 60747-5-5. (Источник изображения: Broadcom Limited)

Вкратце

ACNT-h443 — это недавно выпущенная оптопара с приводом затвора 5 А в корпусе SSO-8 15 мм, предназначенная для высоковольтных промышленных приложений с ограниченным пространством, включая моторные приводы _{переменного тока} 690 В и солнечные инверторы 1500 В.ACNT-h443 отличается устойчивостью к синфазным переходным процессам (CMTI) более 100 кВ / мкс, предотвращая ошибочные отказы драйвера затвора в шумной среде. Устройство имеет минимальную задержку распространения и работает в три раза быстрее, чем устройство предыдущего поколения, что позволяет переключать высокие частоты для повышения эффективности управления IGBT (биполярными транзисторами с изолированным затвором) и SiC / GaN MOSFET.

ACNT-H61L представляет собой маломощную цифровую оптопару на 10 МБод, которой требуется не менее 4,5 мА для тока возбуждения светодиода, а ИС детектора потребляет максимум 2 мА I _DD во всем диапазоне рабочих температур.Выходом ИС детектора является КМОП-выход. Внутренний экран Фарадея обеспечивает гарантированную устойчивость к синфазным переходным процессам 20 кВ / мкс. ACNT-H61L подходит для связи с изолированным логическим интерфейсом и управления в высоковольтных или переходных системах преобразования энергии.

ACNT-H50L / H511 — это одноканальная оптопара 1 МБод с транзисторным выходом с открытым коллектором. Отдельные соединения для фотодиода смещения и коллектора выходного транзистора увеличивают скорость до 100 раз по сравнению с обычным фототранзистором за счет уменьшения емкости база-коллектор.ACNT-H50L / H511 подходит для таких приложений, как низкоскоростной аналоговый сигнал, изолированный отказ или обратная связь по управлению мощностью.

Датчики напряжения ACNT-H87B (допуск на усиление ± 0,5%), ACNT-H87A (допуск на усиление ± 1%) и ACNT-H870 (допуск на усиление ± 3%) представляют собой усилители с оптической развязкой, разработанные специально для измерения напряжения. Его входной диапазон 2 В и высокое входное сопротивление 1 ГОм удовлетворяют требованиям к изолированному измерению напряжения в электронных преобразователях мощности. В типичной реализации измерения напряжения используется резистивный делитель напряжения для масштабирования напряжения промежуточного контура в соответствии с входным диапазоном датчика напряжения.Дифференциальное выходное напряжение, пропорциональное входному напряжению, создается на другой стороне оптического изоляционного барьера.

Разделительные усилители ACNT-H79B (допуск на усиление ± 0,5%), ACNT-H79A (допуск на усиление ± 1%) и ACNT-H790 (допуск на усиление ± 3%) предназначены для измерения тока и напряжения в электронных преобразователях мощности. Эти оптопары обеспечивают точность и стабильность, необходимые для точного контроля тока двигателя в условиях управления двигателем с высоким уровнем шума, обеспечивая более плавное управление (меньшую «пульсацию крутящего момента») при различных типах управления двигателем.В сочетании с превосходной технологией оптической связи, ACNT-H79B / H79A / H790 использует сигма-дельта (∑-∆) аналого-цифровую модуляцию, усилители с прерывистой стабилизацией и полностью дифференциальную топологию схемы для обеспечения непревзойденного подавления шума в режиме изоляции. низкое смещение, высокая точность усиления и стабильность.

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Характеристики гальванической развязки внутреннего экрана Фарадея и компактного безопасного оптопара

Изоляция высокого напряжения в современном контексте включает в себя интеграцию подсистем с большими перепадами напряжений и потенциалами земли. Это позволяет применять изоляцию, начиная от источников питания, цепей управления двигателями сервоавтоматических систем и промышленных роботов, систем управления батареями, фотоэлектрических (PV) инверторов, инверторов электромобилей (eV), сверхбыстрой зарядки и станций беспроводной зарядки до передачи данных и цифровых схемы логического интерфейса.

В основном наиболее важные компоненты, обеспечивающие гальваническую развязку, позволяющую интегрировать различные подсистемы путем прерывания прямых проводящих путей, называются изоляторами или ответвителями. Интегральные схемы (ИС) могут быть объединены в изоляторы для различных электрических функций, таких как электронные устройства управления мощностью, высокоточные измерения тока и напряжения, аналоговая и цифровая связь и логические интерфейсы, а также преобразование изолированных источников питания.

Технология изоляции

Существует три основных типа изоляторов: оптрон, магнитный соединитель и емкостной соединитель.В таблице 1 ниже показаны основные различия между различными методами изоляции, сертификатами безопасности компонентов и механизмами отказа в течение срока службы.

Таблица 1: Ключевые различия между различными методами изоляции, сертификатами безопасности компонентов и механизмами отказа в течение срока службы.

Оптопара передает электрический сигнал через изолирующий барьер путем преобразования электрического сигнала в оптический с помощью светодиода и на другой стороне изолирующего барьера толщиной 0.От 08 мм до 2 мм преобразует оптический сигнал обратно в электрический сигнал через фотодиоды. С точки зрения надежности в течение срока службы целостность изоляционного материала оптопары может быть предсказана путем измерения частичных разрядов.

Теоретические значения диэлектрической прочности изоляционных материалов всегда применялись бы, если бы производители оптопар могли производить неизменно чистые изоляционные барьеры. Однако часто высоковольтные диэлектрики содержат дефекты, такие как пустоты и включения воздуха или других примесей.Эти пустоты будут иметь более низкую прочность на пробой, чем окружающий диэлектрик, и при достижении их прочности на пробой произойдет разряд или возникнет дуга. Однако разряд ограничен длиной пустоты и после разрядки будет медленно перезаряжаться ограниченным током, доступным через хороший диэлектрик.

Пустота в конечном итоге перезаряжается до напряжения пробоя и снова разряжается, поскольку процесс продолжается до тех пор, пока приложенное электрическое поле остается достаточно высоким. Эти разряды считаются «частичными», потому что они происходят через пустоту на ограниченном участке длины диэлектрического барьера.Частичные разряды, которые не могут быть обнаружены путем измерения тока утечки, со временем могут распространяться по изоляции, что в конечном итоге приводит к полному пробою изоляции. Тогда проблема состоит в том, чтобы обнаружить наличие частичного разряда во время производственного испытания, чтобы не допустить, чтобы это явление приводило к ухудшению качества устройств в полевых условиях.

Высоковольтная изоляция оптопары Broadcom дополнительно повышена за счет трех основных методов проектирования. Первый — это вставка прозрачного полиимида, называемого каптоновой лентой, между светодиодом и фотодиодом.Второй метод — это использование запатентованного недорогого экрана Фарадея, который отделяет входную сторону оптопары от выходной стороны. На рисунке 1 показана конструкция изоляции оптопар Broadcom. Третий метод заключается в уникальном дизайне корпуса, который оптимизирован для минимизации входной-выходной емкости Ci-o. Важность трех методов проектирования будет подробно обсуждаться в этом техническом документе с сопутствующим испытанием на выброс высокого напряжения в качестве доказательства.

Рис. 1. Изоляционная конструкция оптопар Broadcom, которая включает каптоновую ленту и экран Фарадея для повышения прочности изоляции.

В магнитной муфте

используются две катушки, уложенные друг на друга с разделительным полиимидным материалом примерно 0,02 мм между ними. Подача сигнала переменного тока создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует электрическое поле во вторичной катушке. Поскольку передача осуществляется за счет связи по магнитному полю, магнитный соединитель также чувствителен к магнитным помехам поблизости.

На рис. 2 показан пример конструкции изоляции магнитной муфты с одной парой верхней и нижней катушек с полиимидным изоляционным материалом между катушками.Чтобы удвоить прочность изоляции, два набора магнитных катушек используются для одного изолирующего пути, обеспечивая толщину изоляции около 0,04 мм. Видом отказа изоляционного материала магнитной муфты является деградация пространственного заряда.

Рис. 2: Изоляционная конструкция магнитной муфты с одной парой верхней и нижней катушек с полиимидным изоляционным материалом между ними.

Конструкция емкостного ответвителя, как следует из названия, очень похожа на керамический конденсатор, в котором диэлектрик из диоксида кремния (SiO2) толщиной около 0.015 мм зажат между двумя металлическими пластинами, обычно алюминиевыми (Al), в непосредственной близости. Кристалл SiO2 выращивается поверх алюминиевой пластины. Передача сигнала через емкостной изолирующий барьер обычно представляет собой электрический сигнал переменного тока.

Одним из факторов, которые могут повлиять на прочность изоляции емкостного ответвителя, является то, насколько хорошо выращен кристалл SiO2. Дефекты в кристалле ослабят изоляционный материал. Вид отказа емкостного ответвителя в течение срока службы — это пробой диэлектрика, зависящий от времени (TDDB).Подобно магнитной муфте, чтобы удвоить прочность изоляции, для одного изолирующего пути используются два набора конденсаторов, а толщина изоляции увеличивается вдвое, примерно до 0,03 мм. На рисунке 3 показана типичная конструкция с двойной изоляцией конденсатора.

Рис. 3. Изолирующая конструкция емкостного ответвителя с двумя последовательными крышками, где диэлектрик SiO2 зажат между двумя слоями алюминия.

Оптопары

сертифицированы в соответствии с сертификатом безопасности компонентов IEC 60747-5-5 для усиленной изоляции.Эта международная сертификация признает частичный разряд как механизм разрушения изоляционного материала. Таким образом, сертификация распространяется только на оптопары. Альтернативные технологии изоляции, такие как магнитная и емкостная, сертифицированы немецким стандартом VDE 0884-10 / 11. Хотя прочность изоляционного материала определяется испытанием на частичный разряд, он может не подходить для прогнозирования надежности на срок службы магнитных (деградация пространственного заряда) и емкостных элементов связи (TDDB).

Испытание на скачки напряжения высокого напряжения

Быстрая установка для стендовых испытаний может быть легко собрана для сравнения прочности изоляции различных изоляторов. На рисунке 4 ниже показана испытательная установка, в которой импульс высокого напряжения прикладывается с помощью электростатического пистолета. Профиль напряжения ESD-пушки имеет очень быстрое время нарастания около 1 нс и время медленного спада 30 мс. Этот профиль перенапряжения отличается от стандартного профиля перенапряжения IEC 60060-1 1,2 мкс / 50 мкс, но его достаточно для целей сравнения силы высокого напряжения различных технологий изоляции.

Рис. 4. Установка для испытания на выброс высокого напряжения, показанная слева и справа, профиль высокого напряжения.

По три случайных выборки от двух производителей оптопар, Broadcom и Isolator A, один магнитный ответвитель (Isolator B) и один емкостный ответвитель (Isolator C) были отобраны для этого испытания на выбросы высокого напряжения. Эти изоляторы представляют собой высокоточные сигма-дельта модуляторы с датчиком тока и внутренним тактовым генератором, встроенным в 8-контактный корпус для поверхностного монтажа (SSO8).

Изоляция выдерживает напряжение, Viso этого типа корпуса SSO8 имеет номинальное значение 5 кВ среднеквадратического значения в минуту и ​​с расстоянием утечки и зазором не менее 8 мм. На рисунке 5 ниже показана принципиальная схема печатной платы, используемой для удержания тестируемого устройства (DUT).

Рисунок 5: Принципиальная схема печатной платы, используемой для испытания на скачок напряжения.

Оба изолированных боковых источника питания питались от батарей 9 В отдельно и регулировались до 5 В с помощью регулятора напряжения LDO на каждой стороне изоляции.Испытание проводилось путем подачи высокого уровня напряжения, начиная с 14 кВ, между Gnd1-Gnd2 сигма-дельта модуляторов.

Выходные тактовые импульсы и сигнал данных не наблюдались на предмет каких-либо аномалий. Если выходы возобновили нормальную работу после скачка высокого напряжения, уровень напряжения увеличивался на 1 кВ, и испытание продолжалось до предела испытания 25 кВ. Если выходной тактовый сигнал и / или сигнал данных зафиксированы, тест будет остановлен.

i) Щит Фарадея

Выброс высокого напряжения будет индуцировать ток смещения высокой плотности от Gnd1 во входную схему изолятора, а затем передать его на выходную схему и Gnd2 через емкостные структуры или паразитную емкость, образованную через изолирующий барьер.На рисунке 6 ниже показаны различные пути паразитной емкости, образованные между проводными соединениями входной схемы / рамки ввода с экраном Фарадея оптопары Broadcom.

Экран Фарадея заземлен на Gnd2 и обеспечивает электрическое и магнитное экранирование для удаления тока смещения. В емкостных или магнитных соединителях экран Фарадея не является жизнеспособным решением. Экран Фарадея блокировал бы электрические или магнитные поля, используемые для передачи данных, в дополнение к переходным процессам.

ii) Входная-выходная емкость, Ci-o

В дополнение к экрану Фарадея, корпус выводов оптопары Broadcom и конструкция корпуса оптимизированы для меньшей комбинированной входной и выходной емкости Ci-o. Таблица 2 показывает сравнение Ci-o различных изоляторов. Ток смещения следует соотношению i = c * dv / dt. При меньшем Ci-o меньший ток смещения индуцируется во время выброса высокого напряжения.

Сигма-дельта модулятор SSO8 Пакет	Технология изоляции	Внутренний щит Фарадея	Типичный Ci-o
Broadcom	Оптрон	Есть	0.5 пФ
Изолятор А	Оптрон	Есть	1,0 пФ
Изолятор B	Магнитная муфта	№	2,2 пФ
Изолятор С	Разъем емкостный	№	1,0 пФ

Таблица 2: Сравнение входных и выходных емкостей между различными изоляторами.

В таблице 3 показаны результаты испытаний на скачки напряжения изоляторов, изготовленных по разным технологиям.Как видно из теста, оптопары Broadcom являются наиболее устойчивыми к выбросам высокого напряжения, при этом не наблюдается сбоев для всех тестируемых устройств вплоть до испытательного предела 25 кВ. Изолятор A (оптопара) выдает постоянно фиксированные выходы, начиная с 16 кВ и выше, а изолятор B (магнитный соединитель) от 14 кВ и выше и изолятор C (емкостный соединитель) от 15 кВ и выше соответственно. Хотя изоляторы A, B и C начали выходить из строя примерно на одном уровне, изолятор C зафиксировал самый широкий диапазон уровней скачков высокого напряжения, при которых тестовые блоки выходили из строя.

Сигма-дельта модулятор	Переходный процесс высокого напряжения на Gnd1-Gnd2 до того, как произойдет сбой	Режим отказа
Broadcom (оптрон)	DUT 1: отсутствие отказов до предела испытания 25 кВ DUT 2: отсутствие отказов до предела испытания 25 кВ DUT 3: отсутствие отказов до предела испытания 25 кВ	Отказ не обнаружен
Изолятор А (оптопара)	DUT 1:16 кВ DUT 2:18 кВ DUT 3:17 кВ	Выходной синхросигнал и / или защелка данных постоянно низкий / высокий
Изолятор B (магнитный)	DUT 1:15 кВ DUT 2:18 кВ DUT 3: 14 кВ	Выходные часы и защелка данных постоянно низкий / высокий
Изолятор С (емкостный)	ТУ 1:21 кВ DUT 2:15 кВ DUT 3:17 кВ	Выходные часы и защелка данных постоянно низкий / высокий

Таблица 3: Результаты испытаний на скачки высокого напряжения на различных изоляторах.Автомобильная промышленность соответствует требованиям AEC-Q100 и Ta, макс. = 125 ° C.

Номер по каталогу Broadcom	Входной линейный диапазон	Полный диапазон ввода	Тактовая частота	Типичное отношение сигнал / шум (SNR)	Типичная температура смещения. Дрифт (TCVos)
ACPL-C740	± 200 мВ	± 320 мВ	20 МГц	86 дБ	0.	± 50 мВ	± 80 мВ	10 МГц	77 дБ	0,1 мкВ / ° C

Таблица 4: Broadcom с внутренней синхронизацией, оптически изолированной, КМОП-выходом, высокоточные сигма-дельта модуляторы в формате пакета SSO8.

Об авторах

Лим Шиун Пин (Lim Shiun Pin) — инженер по техническому маркетингу в отделе изоляционных продуктов (IPD) Broadcom Inc. Он присоединился к маркетинговой команде IPD с 2011 года и сыграл важную роль в области разработки приложений высокоточного изолированного сигма-дельта-модулятора и SPICE-моделирования оптопары. .До этого он занимался разработкой продуктов для фильтров RF SAW и BAW. Он имеет степень магистра в области радиотехники и микроволновой техники в Наньянском технологическом университете Сингапура.

Список литературы

1. «Руководство разработчика оптопар», av02-4387en_dg_opto_2014-01-03.pdf, 3 января 2014 г.
2. «Оптически изолированный сигма-дельта модулятор ACPL-C740», Лист данных ACPL-C740-DS103, 01 апреля 2019 г.
3. «Игнорируйте обнаружение сбоев частичного разряда СЕЙЧАС — платите огромные суммы позже!», Белая книга частичного разряда, Стивен Чайкин (Харрис Тьюви)
4. «Семейство высокоскоростных цифровых изоляторов ISO72x», Отчет о применении, Кевин Джинджерич и Крис Стерзик, август 2018 г.

Эта статья изначально появилась в журнале Bodo’s Power Systems.

el% 20optocoupler% 20817% 20подробное описание и примечания по применению

КОНДЕНСАТОР CERAMICO 104 Аннотация: осцилляторный кристалл, 4 МГц, дисплей, 7 сегментов, анодный, общий, 7 сегментов, анодный, 16, 4, мультиплексорный, память, оперативный дисплей, анодный, общий, RELEVADORES, дисплеи, анодные, общие, память, ром и оперативная память. Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	XXXXXX-001 КОНДЕНСАТОР CERAMICO 104 oscilador кристалл 4 мГц дисплей 7 сегментов anodo comun Дисплей 7 сегментов анодного соединения 16 входов и 4 мультиплексора salidas мемориас баран дисплей anodo comun РЕЛЕВАДОРЫ отображает анодный comun Memoria rom y ram
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF	I20TdS2U h23N31 13VIM0D
фоторезистенция Реферат: потенциометр 10 кОм ручное переключение сопротивление переменное сопротивление 220 Ом ITC232-A потенциометр 10 кОм линейный l297 l298 проводимость печатной платы ручные интегральные схемы Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	ITC232A ITC232-A фоторезистенция потенциометр 10к ручной де транзистор переменная resistencia Resistencia 220 Ом потенциометр 10к линейный l297 l298 печатной платы проводимость Интегрированные схемы с ручным управлением
TA75393FG5, EL Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF	D-32339 60-полюсный TA75393FG5, EL
2010 — DIODOS PIN Аннотация: разъем usb Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
финал де каррера Реферат: carrera sensores de carrera MANUAL DE COMPONENTES ELECTRONICOS Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	09 января 01 финал де каррера Carrera сенсоры де Каррера РУКОВОДСТВО ПО КОМПОНЕНТАМ ELECTRONICOS
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	PG-F200X RS-232C
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	XR-40X XR-30X XR-30S RS-232C
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF	60-полюсный
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF
2010 — EL / VU3500 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	LV24-33 EL / VU3500
2009 — Пуэнте-де-Диодос Аннотация: diodo v6 CONECTOR P4 Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
2010-SCK 222 voltaje Аннотация: resistencia 10K прерыватель teclado USB zumbador Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	EasyLV-18F SCK 222 voltaje resistencia 10K прерыватель teclado USB Zumbador
2010 — Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
2010 — PUENTE RECTIFICADOR 4 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF
LA 7831 Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF
2010 — Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	18FJprog
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	OCR сканирование	PDF	B55B6 3163B 48-полюсный
TA1294F Аннотация: TD62C950RF TD62C950 TD62C950RFg TB9250N TB9248N PA2028A ta1219n TA8310 TA8690ANG Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	КТ404-006 TA1294F TD62C950RF TD62C950 TD62C950RFg TB9250N TB9248N PA2028A ta1219n TA8310 TA8690ANG
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	PG-F310X
2006 — ЭСТАДО Аннотация: CX1000 siemens sirius Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	KL6904-FB KL6904 ЭСТАДО CX1000 siemens sirius
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	XR-32X XR-32S RS-232C
Нет в наличии Аннотация: абстрактный текст недоступен Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	XG-F260X XG-F210X
2009 — ВК3120 Реферат: ДАТЧИКИ ПРЕЗИИ MECANICOS Сенсоры РУКОВОДСТВО ПО КОМПОНЕНТАМ ELECTRONICOS сенсор inductivo simbolos de contactos normalmente abiertos bk31 LEUZE asi lumiflex ethercat wenglor Текст: нет текста в файле	Оригинал	PDF	KL1904 BK3120 ДАТЧИКИ ПРЕЗИИ MECANICOS сенсоры РУКОВОДСТВО ПО КОМПОНЕНТАМ ELECTRONICOS датчик индуктивности simbolos de contactos normalmente abiertos bk31 ЛЕЙЗ asi lumiflex ethercat Wenglor

Использование надежных цифровых изоляторов в жестких условиях эксплуатации приводов электродвигателей

Введение

Надежные цифровые изоляторы требуются в суровых условиях эксплуатации электродвигателей.В этих очень сложных условиях предъявляются требования к невосприимчивости к переходным процессам высокого напряжения, вызывающим искажения данных, и влиянию электрического напряжения высокого напряжения на срок службы изолятора. Типичным решением для изоляции в этих приложениях являются оптопары, которые выдерживают высокие напряжения из-за их толстых слоев внутренней изоляции. Недостатком оптопар является использование светоизлучающих диодов (СИД), которые со временем теряют свою силу света и меняются в зависимости от температуры, что создает проблемы с дизайном и надежностью.Появились новые, более надежные цифровые изоляторы, исключающие использование Светодиоды и проблемы с их надежностью, а также улучшенная изоляционная способность, позволяющая конкурировать с оптопарой. Эти цифровые изоляторы обладают преимуществами повышенной невосприимчивости к переходным процессам высокого напряжения, что является требованием в приложениях управления двигателями. В этой статье будет подробно описано, как работают эти новые цифровые изоляторы и как их расширенные возможности превзойдут оптопары в этих приложениях.

Приложения

Существует ряд конструкций систем для приводов электродвигателей, в зависимости от производительности и уровня мощности приложения, а также от конкретные схемы управления и изоляции.На рисунке 1 показана блок-схема изолированной связи, которая часто используется для инверторов или низкоуровневых двигателей. диски. В этой системе контроллер находится под тем же потенциалом, что и силовой каскад, при этом интерфейс связи изолирован, поскольку обычно это более простой и более простой интерфейс. В этих системах силовой инвертор может иметь драйверы затвора нижнего плеча, которые не нужно изолировать, поскольку они имеют то же заземление, что и блок управления двигателем. Драйверы верхнего плеча могут быть изолированы, но также могут использоваться такие методы, как сдвиг уровня, особенно если уровни напряжения инвертора мощности не слишком высоки.На этой блок-схеме контроллер мотора напрямую подключен к обратной связи инвертора без использования изоляции. Эта архитектура имеет ограничения при использовании на более высоких уровнях мощности. Дополнительный шум, создаваемый сигналами переключения на двигатель, может подавить сигнал обратной связи, используемый для контроля тока двигателя, и потенциально может привести к потере управления двигателем.

Для высокопроизводительных приводов — например, больших многофазных приводов, используемых в промышленных двигателях, и в тяговых двигателях, используемых в поездах, — изолированные потребуется управление и связь, как показано на Рисунке 2.На этой блок-схеме системы управление и связь вместе находятся на безопасной стороне изолирующего барьера по причинам помехоустойчивости и более высокой скорости связи. Теперь, когда блок управления двигателем находится на безопасной стороне изолирующего барьера, требуется изоляция всех приводов ворот. Конкретное напряжение изоляции и требования безопасности определяются подробной архитектурой и расположением изоляционных барьеров. На блок-схеме обратная связь инвертора используется для управления моторным приводом и является одной из наиболее важных областей управления двигателем.Обратная связь инвертора показана подключенной к узлам измерения тока i _V и i _W в двух фазах трехфазного двигателя переменного тока. На схеме изолированной системы управления и связи обратная связь инвертора должна подключаться через изоляцию. барьер; следовательно, здесь также требуется изоляция. Во многих приложениях с электродвигателями большой мощности архитектура потребует усиленной изоляции от высоких напряжений трехфазного электродвигателя, чтобы защитить пользователя от воздействия высоких напряжений.Эти усиленные приложения предъявляют самые высокие требования к напряжению изоляции, для чего может потребоваться изолятор. иметь большую толщину внутренней изоляции в зависимости от материалов.

Изоляция

Изоляционная способность изолятора — это его способность выдерживать высокое напряжение в течение всего срока службы. Различные типы изоляционных материалов будут имеют разные возможности в условиях окружающей среды, переходных процессов напряжения и форм колебаний напряжения. Оптопара была традиционной высоковольтный изолятор благодаря толстой изоляции, высокой стойкости к напряжению и многолетнему опыту работы в полевых условиях.В оптопарах используется пластик формование в качестве изоляции, и этот процесс может включать в себя воздушные пустоты в изоляции, которые вызывают частичный разряд и приводят к повреждению изоляции. По этой причине сертификационные требования агентства к испытаниям изоляции высоким напряжением будут включать испытания на частичный разряд. В отличие от оптопары, в цифровом изоляторе для первичного изолирующего барьера используются внутренние слои изоляции, полученные в четко определенном и строго контролируемом процессе производства полупроводников.Это устраняет пустоты в изоляции и делает структуру изоляции более простой и надежной. Цифровые изоляторы исключают использование светодиодов и проблемы с их надежностью, и они стали более надежными за счет усовершенствований процесса для увеличения толщины и состава изоляционного слоя. В некоторых цифровых изоляторах используется диоксид кремния в тонких слоях для создания изоляции с высокой диэлектрической прочностью, которая широко использовалась в качестве изолятора на полупроводниковом кристалле. Недостатком изоляции из диоксида кремния является то, что она является неотъемлемой частью ИС, и повреждение ИС может привести к повреждению изоляции.Это ограничение диоксида кремния можно устранить, используя полиимидную изоляцию, которая представляет собой полупроводниковый процесс, который десятилетиями использовался для обеспечения прочности и стабильности интегральных схем. Внутренняя изоляция из полиимида — это пост-процесс, который имеет независимую целостность. В случае повреждения ИМС независимая полиимидная изоляция останется нетронутой. При изготовлении в несколько слоев полиимид может использоваться в качестве усиленной изоляции, которая может потребоваться в двигателях.Инженерам, использующим цифровые изоляторы, потребуются данные о сроке службы от производителя, чтобы показать, как устройство будет работать с течением времени, при температуре, влажности и напряжении, чтобы решить проблему замены оптопары.

Рисунок 1. Блок-схема управления двигателем с изолированной связью.

Рисунок 2. Блок-схема изолированного управления и связи с двигателем.

Окружающая среда

Условия окружающей среды для приложений управления двигателями могут иметь очень высокие значения температуры и влажности.Пример тяговых двигателей поезда может проиллюстрировать некоторые из этих крайностей, в этом случае локомотивный двигатель может тащить поезд нагруженных вагонов по горной дороге в холодный зимний день. Температура окружающей среды может быть ниже -40 ° C, и электродвигатель может подвергаться воздействию этого внешнего воздуха, но тогда поезд может войти в длинный туннель, и температура вокруг электродвигателя и двигателя может быстро повыситься из-за тепла от двигатель. Электродвигатель и его изоляторы должны работать при этих экстремальных температурах и не оказывать неблагоприятных воздействий с течением времени и температуры.Оптопара известна своей ухудшенной характеристикой при изменении температуры: внутренний светодиод излучает меньше света, а детектор получает меньше выходного сигнала с течением времени и температуры. При использовании в качестве многоканального изолятора оптрон имеет увеличивающееся рассогласование каналов с течением времени. Напротив, цифровой изолятор не полагается на обнаружение сигнала от внутреннего светодиода, и он использует процессы полупроводниковой ИС для надежных схем для передачи и приема цифровых сигналов через изолирующий барьер.

Цифровой изолятор

Технология структуры цифрового изолятора проиллюстрирована в примере с блок-схемой на рисунке 3. Цифровой изолятор реагирует либо на входные логические уровни, либо на логические импульсы, в зависимости от архитектуры. Существуют различные методы кодирования и декодирования сигналов для отправки и приема логических данных через изолирующий барьер. Метод импульсного кодирования, показанный на рисунке 4, имеет преимущество в том, что он потребляет низкий ток питания при низких скоростях передачи данных, когда время между импульсами кодирования и декодирования велико.Метод несущей, известный как двухпозиционная манипуляция (OOK), показанный на рисунке 5, потребляет больше тока при низких скоростях передачи данных, чем метод импульсного кодирования. При более высоких скоростях передачи данных (выше 10 Мбит / с) Метод OOK потребляет меньше тока питания, чем метод кодирования импульсов. Преимущество метода OOK по сравнению с методом импульсного кодирования состоит в том, что метод OOK имеет более простую логику, которая обеспечивает меньшую задержку распространения и более высокую максимальную скорость передачи данных. Метод импульсного кодирования имеет недостаток, заключающийся в том, что если внешний шум вызывает искажение выходных данных, это может длиться микросекунду или более, пока не произойдет исправление внутренней ошибки или не появится новый край данных.Для приложения управления двигателем это может означать, что переключатели драйвера затвора или сигналы управления обратной связью могут выйти из-под контроля в течение достаточно длительного времени, чтобы цепи переключателей или привод двигателя могли быть повреждены. Используя метод OOK, если нарушение данных вызвано переходным процессом напряжения, нарушение может нарушить вывод данных только на то короткое время, в течение которого возникает шум, поскольку сигнал постоянно управляется. Кроме того, благодаря более простой архитектуре цифровой изолятор OOK может быть спроектирован таким образом, чтобы он был очень устойчивым к электрическим шумам, возникающим в приложении управления двигателем.

Рисунок 3. Блок-схема цифрового изолятора.

Рисунок 4. Цифровой изолятор: архитектура данных кодирования импульсов.

Рисунок 5. Цифровой изолятор: архитектура данных с двухпозиционным ключом

Помехозащищенность

Шум в большом электрическом двигателе может быть вызван изменением синфазного напряжения на изолирующем барьере, когда Цепи переключения управления двигателем создают ступенчатое изменение напряжения моста. Способность изолятора выдерживать этот переходный процесс напряжения с высокой скоростью нарастания без нарушения работы на выходе изолятора определяется как невосприимчивость к переходным процессам в обычном режиме (CMTI).CMTI оптопары может быть не очень высоким, поскольку он имеет очень чувствительные элементы приемника, подверженные эффектам емкостной связи. Емкостная связь оптопары представляет собой несимметричную структуру с одним трактом для сигнала и шума через изолирующий барьер. Это требует, чтобы частоты сигнала были намного выше ожидаемой частоты шума, чтобы барьерная емкость имела низкий импеданс для сигнала и высокий импеданс для шума. На низких частотах сигналов управления двигателем, которые обычно меньше 16 кГц, высокочастотные компоненты синфазного переходного процесса будут выше частоты сигнала и могут иметь достаточную амплитуду, чтобы нарушить выход оптопары.Рассматривая случай цифрового изолятора на основе трансформатора на рисунке 6, трансформатор имеет структуру дифференциального входа, которая дает входной сигнал и шум другого пути передачи, который по своей природе имеет большую устойчивость к синфазному шуму, без ограничения, что Оптопара должна иметь частоты сигнала выше, чем частоты шума. Повышенная устойчивость к электрическим помехам обеспечивает надежную работу в условиях повышенного шума. Рисунок 7 иллюстрирует коммутирующий шум при высоких напряжениях моста и быстрых dV / dt синфазного переходного процесса, к которым цифровой изолятор должен быть невосприимчивым во время переключения управления двигателем.Форма волны осциллографа показывает, что для архитектуры двухпозиционной манипуляции с цифровым изолятором с трансформаторной связью потребуется очень быстрый синфазный переходный процесс (CMT) более 150 кВ / мкс от GND ₂ к GND ₁ , чтобы вызвать нарушение данных, и выход изолятора будет нарушен только на очень короткое время, всего 3 нс. Ключом к достижению очень высокого CMTI является то, что передатчик должен продолжать генерировать дифференциальный сигнал несущей, а приемник должен иметь высокий невосприимчивость к синфазным колебаниям на входе.

Рисунок 6. Схема цифрового изолятора трансформаторной связи

Рис. 7. Синфазный переходный процесс dV / dt в приложениях управления двигателем.

Возможность перенапряжения

Высокие скачки напряжения или скачки напряжения могут возникать в системах управления двигателем, и эти скачки могут иметь пики более 10000 В с временем нарастания всего 1,2 мкс. Требование выдерживать эти скачки напряжения было выполнено оптопарами из-за их толстых слоев внутренней изоляции. Цифровые изоляторы, использующие диоксид кремния, имеют ограничения по толщине изоляции без внутренних напряжений, вызывающих растрескивание.Изоляция в цифровых изоляторах, в которых используется полиимид, может улучшить их устойчивость к перенапряжениям, и было показано, что это очень эффективно, когда полиимидная изоляция выполняется в несколько слоев с общей толщиной 30 мкм. На рисунке 8 результаты импульсных испытаний полиимида 30 мкм показывают, что он очень прочен и может выдерживать пиковое напряжение ± 20 кВ.

Рис. 8. Результаты испытаний полиимидной изоляции на импульсные перенапряжения.

Сводка

Сравнение изоляторов в таблице 1 показывает, как цифровые изоляторы улучшили характеристики по сравнению с оптронами в суровых условиях окружающей среды. электродвигатели.Помехозащищенность (CMTI) оптопар составляет минимум 10 кВ / мкс, но цифровой изолятор имеет во много раз больше устойчивость к переходным процессам напряжения, вызывающим сбои в управлении двигателем, чем у оптопары. В то время как оптопары и их проблемы старения светодиодов обычно ограничиваются температурой 85 ° C, цифровые изоляторы будут работать при высоких температурах до 125 ° C. В этой статье показано, как работают эти цифровые изоляторы и как их расширенные возможности превзойдут оптопары в приложениях управления двигателями.

Таблица 1. Сравнение изоляторов для приложения управления двигателем

	Оптопара Изолятор	емкостный спаренный цифровой изолятор	Трансформатор Спаренный цифровой Изолятор АДУМ225Н
Изоляционный материал	Формовочная смесь	Диоксид кремния	Полиимид
Минимальная толщина внутренней изоляции (мкм)	80	14	25.4
Архитектура данных	Светодиод и PIN-диод	Двухпозиционный ключ	Двухпозиционный ключ
Минимальная устойчивость к синфазным переходным процессам (кВ / мкс)	10	60	75
Усиленная изоляция от импульсных перенапряжений Напряжение VIOSM (В пиковое)	8000	6250	10 000
Рабочая температура (° C)	–40 до +85	–40 до +125	–40 до +125

Патент США на устройство электрической изоляции с оптопарой для двунаправленных соединительных линий Патент (Патент № 6,775,438, выдан 10 августа 2004 г.)

В этом заявлении заявлена ​​выгода до 35 U.S.C. §365 международной заявки PCT / EP / EP00 / 06476, поданной 7 июля 2000 г., в которой испрашивается преимущество заявки Германии № 19933135.0, поданной 19 июля 1999 г.

Изобретение относится к устройству электроизоляции для двунаправленных соединительных линий / шин с использованием оптронов.

Уровень техники

Изобретение основано на устройстве электрической изоляции для двунаправленных соединительных линий общего типа согласно независимым пунктам 1 и 2. Если несколько независимых устройств соединены между собой линиями, то часто необходимо обеспечить электрическую изоляцию между соединенными между собой компонентами. .Это особенно актуально, когда подключенные устройства установлены, например, в порядке, распределенном в здании. Это связано с тем, что в этой ситуации могут возникать относительно большие разности потенциалов между устройствами, которые, например, разными потенциалами на линиях питания. Такие разности потенциалов могут находиться в диапазоне от нескольких милливольт до нескольких вольт. Потенциальные различия этого типа могут присутствовать с большей или меньшей стабильностью. Они могут отличаться, например в соответствии с мгновенным общим потреблением электроэнергии в здании.Однако они также могут выйти из строя на мгновение с разрушительным эффектом, например из-за удара молнии в самом здании или в непосредственной близости от него.

В менее серьезном случае сигналы данных и / или управляющие сигналы, которые проходят через шинные соединения, просто искажаются. Однако они могут привести к разрушению подключенных участков схемы.

Часто возникает проблема нежелательных контуров заземления, вызванных соединительными линиями. Например, индуцированный ток может протекать через экран кабеля соединения с шиной и аналогичным образом искажать передаваемые сигналы данных.Если наведенная разность потенциалов достаточно велика, люди, которые будут иметь дело с соответствующим соединительным кабелем шины, также могут получить травмы.

Следовательно, необходимо требование полной гальванической развязки станций, соединенных между собой линиями.

Одним из примеров шинной системы, в которой требуется электрическая изоляция компонентов, которые соединены друг с другом, является стандарт шины IEEE 1394, который в последнее время приобретает все большее значение.Точное обозначение этого стандарта шины выглядит следующим образом: IEEE Std 1394-1995, «Стандарт IEEE для высокопроизводительной последовательной шины» от 12.12.1995.

Речь идет о шинной системе, содержащей две пары линий передачи данных, а также две линии электропитания, заземление и Vcc, а также экран кабеля в соединительном кабеле шины. Две пары линий данных обеспечивают синхронную последовательную передачу данных. Вероятно, одним из самых выдающихся свойств шинной системы является то, что передача данных возможна на очень высоких скоростях от 100 мегабит в секунду до 400 мегабит в секунду.

Что касается реализации гальванической развязки станций, которые связаны друг с другом через шину, в Приложении J.6 к вышеупомянутому стандарту указаны две явные схемы реализации. В обоих случаях электрическая изоляция выполняется между модулем уровня звена данных и модулем физического уровня. В одном случае для гальванической развязки используется трансформатор, соответствующим образом соединенный с резисторами и конденсаторами, а в другом случае для гальванической развязки предусмотрена емкостная развязка.Однако в этих решениях предполагается, что модуль уровня канала передачи данных и модуль физического уровня представлены как отдельные микросхемы. Ретроспективно было показано, что емкостная изоляция двух модулей не является надежным решением на практике на высоких частотах. Имели место случаи искажения сигнала и мешающего излучения. В случае электрической изоляции с использованием трансформатора, кроме того, существует недостаток, заключающийся в том, что это решение больше не может использоваться, если модуль уровня канала передачи данных и модуль физического уровня интерфейса шины предназначены для интеграции на одной микросхеме.

Кроме того, известно использование так называемых оптопар для гальванической развязки соединенных друг с другом схемных блоков.

ИЗОБРЕТЕНИЕ

Целью изобретения является создание устройства электрической изоляции, в частности, для двунаправленных соединительных линий, которое надежно работает даже на очень высоких частотах и ​​может быть очень легко интегрировано в микросхему.

Цель достигается за счет признаков независимых пунктов 1 и 2 формулы изобретения.В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения устройство электрической изоляции для двунаправленных соединительных линий содержит две отдельные оптопары на двунаправленную соединительную линию и блок управления, который генерирует сигналы переключения в зависимости от сигналов управления, выдаваемых одним из двух схемных блоков. , которые переключают сигналы через соответствующие переключатели, активируют одну из двух оптопар и деактивируют другую оптопару, что позволяет передавать сигналы через соединительную линию в одном направлении.Это решение не требует плохо интегрируемых компонентов, таких как трансформаторы. Кроме того, вышеупомянутый блок управления может быть просто сконструирован и может быть легко интегрирован в микросхему.

Второе решение согласно изобретению в соответствии с п.2 формулы изобретения управляется только одной оптопарой на двунаправленную соединительную линию. Это достигается путем модификации блока управления таким образом, что в зависимости от сигналов управления, выводимых одним из двух подключенных друг к другу схемных блоков, упомянутый блок управления изменяет эффективное направление оптопары с относительно соответствующей соединительной линии.В этом случае необходимо просто предусмотреть еще два переключателя для операций переключения. Реализация таких переключателей не представляет проблемы для конструкции микросхемы. Таким образом, это решение обеспечивает устройство электроизоляции, которое может быть интегрировано особенно просто.

Дальнейшие полезные усовершенствования и усовершенствования устройств, упомянутых в пунктах 1 и 2 формулы изобретения, возможны благодаря мерам, изложенным в зависимых пунктах формулы изобретения. Согласно пункту 4 формулы изобретения электрическое изоляционное устройство может быть очень выгодно предусмотрено между модулем уровня канала передачи данных и модулем физического уровня интерфейса шины.Если решение используется в случае интерфейса шины IEEE 1394, то для соответствующего блока управления достаточно оценить сигналы управления на двух линиях управления CTL & lsqb; 0: 1 & rsqb; соединительной шины между двумя модулями, чтобы активировать соответствующую оптопару или изменить эффективное направление оптопары.

Драйверы с тремя состояниями, в частности, могут быть целесообразно использованы в качестве переключателей для переключения между оптопарами или для изменения эффективного направления оптопары, причем указанные драйверы с тремя состояниями соответственно управляются блоком управления.

ЧЕРТЕЖИ

Примерные варианты осуществления изобретения проиллюстрированы на чертежах и более подробно объяснены в приведенном ниже описании. В цифрах:

РИС. 1 показаны соединительные линии между модулем канала передачи данных и модулем физического уровня в соответствии со стандартом IEEE 1394;

РИС. 2 показывает базовую компоновку модуля уровня звена данных, устройства электрической изоляции и модуля физического уровня;

РИС.3 показывает структуру устройства электроизоляции в соответствии с первым примерным вариантом осуществления изобретения;

РИС. 4 показывает диаграмму состояний блока управления устройством электроизоляции, показанным на фиг. 3;

РИС. 5 показана конструкция устройства электроизоляции в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления изобретения.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение поясняется на примере устройства электрической изоляции для интерфейса шины IEEE 1394.ИНЖИР. 1 показана базовая структура интерфейса шины IEEE 1394. Последний включает два модуля: модуль 10 уровня канала данных и модуль 20 физического уровня. Эти два модуля могут быть интегрированы на отдельных микросхемах. Однако желательно, чтобы эти модули были объединены вместе на одной микросхеме. Связь между модулями осуществляется двумя двунаправленными линиями управления CTL & lsqb; 0: l & rsqb; и, например, восемь двунаправленных линий передачи данных D & lsqb; 0: 7 & rsqb ;, а также однонаправленная линия управления LREQ, исходящая от модуля канального уровня, а также линия управления SCLK для системных часов, исходящая от модуля физического уровня.Для ясности также упоминается, что соединение с дополнительным шинным интерфейсом IEEE 1394 осуществляется через внешние соединительные линии, которые не показаны и подключены к модулю 20 физического уровня. Соответственно, модуль 10 уровня канала передачи данных содержит соединения. которые подключают интерфейс шины IEEE 1394 к модулю приложения. Для получения дополнительных сведений о структуре и методе работы модулей, модуля канального уровня и модуля физического уровня сделана ссылка на уже упомянутый выше стандарт IEEE 1394.

В соответствии с предложением в стандарте IEEE 1394, устройство 30 электрической изоляции предусмотрено между модулем 10 уровня звена данных и модулем 20 физического уровня. Это проиллюстрировано на фиг. 2.

Конструкция электроизоляционного устройства 30 представлена ​​для первого примерного варианта осуществления на фиг. 3, на котором блок оптопары обозначен ссылочной позицией 31. Этот блок содержит две отдельные оптопары 311, 312. Последние соединены в обратном порядке параллельно, так что светоизлучающий элемент одного оптопары соединен с этой частью двунаправленная соединительная линия, которая подключена к модулю 10 уровня звена данных, и светоизлучающий элемент другой оптопары получают питание от той части соединительной линии, которая подключена к модулю физического уровня.В показанном примере контрольная линия CTL & lsqb; 0 & rsqb; соединен с блоком 31 оптопары. Между двумя оптопарами соответствующий трехсторонний драйвер 32 подключен с каждой стороны блока 31 оптопары. Два показанных трехсторонних драйвера 32 переключаются с помощью дополнительных разрешающих сигналов {overscore (EN)} и EN. Подробнее об этом будет сказано ниже. Драйверы 32 с тремя состояниями имеют следующий эффект. Их можно переключить либо в состояние с высоким импедансом, либо в состояние с низким импедансом, в котором они позволяют проходить сигналам.Если мы предположим, что драйвер 32 с тремя состояниями на стороне модуля 10 уровня звена данных переключается с низким импедансом, поток сигнала возможен через линию управления CTL & lsqb; 0 & rsqb; переход от модуля 20 физического уровня через нижнюю оптопару 312 к модулю 10 уровня звена данных. Одновременно блокируется обратный поток сигнала, так как драйвер 32 с тремя состояниями на стороне модуля 20 физического уровня одновременно переключается на высокоимпедансный манера. Параллельно с этим, конечно, можно одновременно выключить верхнюю оптопару.В обратном случае, то есть если левый трехсторонний драйвер 32 переключается с высоким импедансом, а правый трехсторонний драйвер 32 переключается с низким импедансом, возможен поток сигналов из данных модуль 10 канального уровня к модулю 20 физического уровня через линию управления CTL & lsqb; 0 & rsqb ;. Переключение драйверов 32 с тремя состояниями осуществляется с помощью сигналов управления EN и {overscore (EN)} блоком 33 управления. С этой целью блок 33 управления оценивает состояния сигналов на двух линиях управления CTL & lsqb; 0 : 1 & rsqb ;.Для полного функционирования тактовый сигнал SCLK или модифицированный из него тактовый сигнал, а также сигнал сброса дополнительно подаются на блок управления 33.

Стандарт IEEE 1394 предусматривает, что модуль 20 физического уровня может управлять двунаправленными соединительными линиями CTL & lsqb; 0: l & rsqb; и D & lsqb; 0: 7 & rsqb ;. Модулю 10 уровня звена данных разрешается управлять этими двунаправленными соединительными линиями только тогда, когда модуль 20 физического уровня передает контроль над этими линиями модулю 10 уровня звена данных.Полное объяснение того, когда и как модуль 20 физического уровня отказывается от управления двунаправленными соединительными линиями, можно найти в Приложении J к стандарту IEEE 1394. Диаграмма состояний для блока 33 управления, который соответствует спецификациям стандарта IEEE 1394, показана на фиг. 4 и более подробно поясняется ниже.

Перед этим объяснением также следует отметить, что структура, показанная на фиг. 3 с трехсторонними драйверами 32 и устройством 31 оптопары должны присутствовать для каждой из двунаправленных соединительных линий между модулем 10 уровня звена данных и модулем 20 физического уровня, то есть для линий управления CTL & lsqb; 0: 1 & rsqb; и строки данных D & lsqb; 0: 7 & rsqb ;.Для двух однонаправленных линий управления LREQ и SCLK простые оптопары должны присутствовать в полном электрическом изоляционном устройстве, однако оптопары должны действовать только в одном направлении в соответствии с однонаправленностью этих линий.

Эта диаграмма состояний блока 33 управления показывает 4 состояния. После сброса или после инициализации интерфейса шины блок 33 управления переводится в состояние IDLE. В этом состоянии блок управления выдает логические состояния EN & equals; 0 и {overscore (EN)} & equals; 1 в качестве выходных сигналов.Это эквивалентно переключению левого трехстороннего драйвера 32 на фиг. 3 в состояние с низким импедансом и переключение правого трехстороннего драйвера 32 в состояние с высоким импедансом. Таким образом, поток сигнала по всем двунаправленным линиям переходит от модуля 20 физического уровня к модулю 10 уровня канала данных. Это состояние остается, если логический уровень 1 был обнаружен в тактовом цикле на обеих линиях управления CTL & lsqb; 0 & rsqb; и CTL & lsqb; 1 & rsqb ;. Затем блок 33 управления переводится в состояние CHECK0.Затем он ожидает состояния двух линий управления в следующем тактовом цикле. Если обе линии управления имеют логический 0 состояния, блок 33 управления переводится в состояние LINK. Во всех других случаях блок 33 управления возвращается в состояние ХОЛОСТОГО ХОДА. В состоянии LINK комбинация EN & equals; 1 и {overscore (EN)} & equals; 0 выводится как выходной сигнал. Это эквивалентно передаче контроля над двунаправленными соединительными линиями модулю 10 уровня звена данных. Следовательно, левый трехсторонний драйвер 32 на фиг.3 затем переводится в состояние с высоким импедансом, а правый трехсторонний драйвер 32 переключается в состояние с низким импедансом. Таким образом, поток сигналов для всех двунаправленных линий затем переходит от модуля 10 уровня канала данных к модулю 20 физического уровня. Если в этом состоянии состояние логического 0 возникает на обеих линиях управления CTL & lsqb; 0: l & rsqb;, тогда блок 33 управления выходит из состояния LINK и переходит в состояние CHECK1. В этом состоянии выполняется проверка, чтобы определить, поступает ли логическое состояние 0 аналогичным образом через обе линии управления в последующем тактовом цикле.В этом случае блок 33 управления возвращается в состояние ХОЛОСТОГО ХОДА. В противном случае он переходит в состояние LINK.

Альтернативный вариант устройства гальванической развязки согласно изобретению теперь будет объяснен более подробно со ссылкой на фиг. 5. Подобные компоненты обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг. 3. Отличие от решения, показанного на фиг. 3 состоит в том, что в блоке 31 оптрона предусмотрена только одна оптопара на двунаправленную соединительную линию.Однако эффективное направление указанной оптопары изменяется в зависимости от сигналов на управляющих линиях CTL & lsqb; 0: l & rsqb ;. Это осуществляется четырьмя трехсторонними драйверами 32 на соединительную линию. В этом случае блок 33 управления сконструирован точно так же, как в примере на фиг. 3. Он функционирует согласно той же диаграмме состояний, что проиллюстрирована на фиг. 4. Таким образом, в состоянии IDLE он будет выводить логические состояния 0 и 1 через линии EN и {overscore (EN)}.В результате первый из двух трехпозиционных драйверов 32 на левой стороне фиг. 5 переключается с высоким импедансом, и второй трехсторонний драйвер соответственно переключается с низким импедансом. Соответственно, первый из двух трехсторонних драйверов в правой части фиг. 5 аналогичным образом переключается с высоким импедансом, а другой — с низким импедансом. Тогда поток сигналов выглядит следующим образом. Сигнал проходит через линию данных D & lsqb; 0 & rsqb; переходя от модуля 20 физического уровня в качестве передатчика ко второму драйверу 32 с тремя состояниями в левой части фиг.5 через оптрон ко второму трехстороннему приводу 32 с правой стороны фиг. 5, а оттуда — в модуль канального уровня. В другом состоянии LINK логические сигналы 1 и 0 выводятся на линиях EN и {overscore (EN)}. Это изменяет поток сигнала. В результате модуль 10 уровня звена данных работает как передатчик. Данные проходят через первый трехсторонний драйвер 32 в левой части фиг. 5, оптопара в блоке 31 оптрона, первый трехсторонний драйвер 32 в правой части фиг.5 и перейти оттуда на вход модуля 20 физического уровня.

Вышеописанные варианты осуществления устройства электрической изоляции могут успешно использоваться не только для стандарта шины IEEE 1394. Их можно использовать везде, где двунаправленные соединительные линии должны иметь электрическую изоляцию. Эта проблема также может возникнуть в других шинных системах.