[Tìm hiểu] EL357 Optocoupler - Transistor output

09/08/23

Chuyên mục: Kiến Thức Chung

[Tìm hiểu] EL357 Optocoupler - Transistor output

Trong bài viết này, chúng ta sẽ học cách sử dụng IC optocoupler EL357 có package SOP nhỏ gọn 4 chân. Nó là một phototransistor và LED photocoupler có khả năng cách ly điện áp cao giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. Điện áp cách ly có thể lên đến 3750Vrms.

Giới thiệu Photocoupler EL357

Optocoupler là một linh kiện điện tử truyền tín hiệu điện giữa hai mạch điện được cách ly. Nó còn được gọi là Opto-Isolator, Photo Coupler, hoặc quang cách ly.

Có nhiều loại optocoupler khác nhau, được thiết kế theo các nhu cầu với khả năng chuyển mạch khác nhau. Một số categories được đưa ra dưới đây.

PhotoTransistor
Photo Darlington Transistor
Opto TRIAC
Photo SCR

Optocoupler được sử dụng để bảo vệ các mạch dễ bị nhiễu. Nó cho phép thiết kế nhiều mạch phần cứng. Nó tránh hư hỏng các linh kiện, dẫn tới thay thế. Trong bài viết này, chúng ta quan tâm đến optocoupler EL357 và nó thuộc loại đầu tiên.

Giới thiệu EL357

Nó có một đầu vào LED hồng ngoại điện áp thấp và bộ cách ly với đầu ra phototransistor. Nếu bạn không tìm được bộ ghép quang (optocoupler) PC817, bạn có thể sử dụng thay thế EL357 cho PC817.

Về cấu tạo bên trong, EL357 bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một transistor quang NPN. Khi đưa tín hiệu 5 V cấp cho đèn LED hồng ngoại, nó sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại, khi ánh sáng phát ra chiếu vào cực base của một transistor, nó sẽ bật.

Bằng cách này, chúng ta có thể chuyển từ tín hiệu điện áp thấp đến một mạch điện áp cao.

Sơ đồ chân EL357

sơ đồ chân EL357

Chi tiết cấu hình chân

IC này bao gồm 4 chân và chi tiết của mỗi chân như sau.

Chân 1: Chân cực anode của đèn LED hồng ngoại.

Chân 2: Chân cực cathode của đèn LED hồng ngoại.

Chân 3: Chân emitter của transistor quang NPN.

Chân 4: Chân collector của transistor quang NPN.

Dòng IC EL357

Mã đặt hàng của IC:

EL357 (X) (Y) -V

Trong đó:

X đại diện cho tỷ lệ truyền dòng diện (current transfer ratio) với các tùy chọn sau:

None = 50 đến 600%
A = 80 đến 160%
B = 130 đến 260%
C = 200 đến 400%
D = 300 đến 600%

Y: Tape packaging hoặc Real packaging

V: được hiệp hội VDE duyệt hoặc không

Dưới đây là hình vẽ sơ đồ vi mạch

Đặc điểm

IC này có các đặc điểm phân biệt sau:

Package nhỏ gọn.
Tỷ lệ truyền dòng điện (CTR) là từ 50 đến 600% với I F = 5mA và V CE = 5V.
Điện áp cách ly giữa đầu ra và đầu vào là rất cao lên đến 3750Vrms.
IC không chứa chì.
Điện áp collector-emitter cao 80V
Công suất tiêu tán 200mW.
Nhiệt độ hoạt động từ -55 đến 110 độ C.
Nó có thể chịu nhiệt độ hàn lên đến 260 độ C.

Cách sử dụng EL357

Các hình mô phỏng dưới đây cho biết nguyên lý hoạt động cơ bản của vi mạch EL357.

Cách sử dụng EL357

Sơ đồ bên trong

IC này có hai phần:

LED hồng ngoại
Phototransistor

Đầu cực dương của nguồn điện được kết nối với cực dương của đèn LED hồng ngoại (Chân 1). Đầu cực âm cực của đèn LED hồng ngoại (Chân 2) được cấp nguồn điện 0V.

Đầu cực emiiter của phototransistor (Chân 4) được cấp điện thế dương +ve đi qua một điện trở 220 ôm để hạn chế dòng điện và chân collector của phototransistor (Chân 3) được cấp điện 0V thông qua đèn LED (như thiết bị đầu ra) .

Nguyên lý hoạt động

Đầu vào ở IR LED phát ra ánh sáng IR (hồng ngoại), tín hiệu ánh sáng này được phát hiện bởi phototransistor. Khi phát hiện, phototransistor NPN sẽ ở chế độ dẫn và truyền điện áp + ve ở collector đến emitter. Làm bật đèn LED ở đầu ra.

Cần lưu ý rằng việc kết nối điện áp 0V (mass) cho cả nguồn điện đầu vào và đầu ra sẽ bỏ qua chức năng của optocoupler. Mặc dù có thể nghĩ rằng mức điện áp mass của các nguồn điện áp giống nhau nhưng thực tế không phải vậy.

Mức điện áp mass của nguồn 220VAC có thể khá khác so với nguồn điện áp 5VDC. Trong trường hợp này, việc nối đất cho cả hai nguồn sẽ rất nguy hiểm. Ngay cả khi 220VAC đã được chuyển đổi thành nguồn điện áp 5VDC thì vẫn nên tránh nối mass cho cả hai nguồn.

EL357 và Mạch ví dụ

Trong nhiều mạch giao tiếp, sự tương thích trở kháng giữa một số thành phần là cần thiết vì trong trường hợp lý tưởng, năng lượng tín hiệu đi ra khỏi chân truyền qua đường mạch của PCB và bị tải hấp thụ hoàn toàn.

Tuy nhiên, nếu năng lượng không được hấp thụ hoàn toàn bởi tải, phần năng lượng còn lại sẽ truyền trở lại chân và sẽ làm thay đổi đầu ra mong muốn. Vì vậy optocoupler được sử dụng ở những trường hợp truyền tín hiệu mà không cần kết hợp trở kháng.

Mạch phát hiện Zero-crossing

Trong nhiều ứng dụng, tính năng phát hiện nguồn xoay chiều zero-crossing (qua giá trị 0) được sử dụng rất nhiều. Sự chênh lệch về góc của công suất thực và công suất phản kháng được sử dụng trong hệ thống hiệu chỉnh hệ số công suất.

Và sự chênh lệch này được đo bằng cách phát hiện zero-crossing của sóng xung điện áp và dòng điện. Ngoài ra, các mạch kiểm tra tần số cũng có nguyên lý hoạt động phát hiện zero-crossing của xung nguồn. Bộ ghép quang (optocoupler) EL357 có thể được sử dụng cảm nhận zero-crossing của xung nguồn.

Thời gian phản hồi của optocoupler EL357 tính bằng nano giây và nó bật tắt rất nhanh ở điểm giá trị 0 của các dạng sóng xung. Hình dưới đây cho biết bộ dò tần số zero sử dụng bộ ghép quang EL357.

Mạch phát hiện Zero-crossing

Giao tiếp vi điều khiển

Để đảm bảo đọc mức logic logic 0 và logic 1, có thể sử dụng optocoupler EL357. Điện áp được cấp từ nguồn điện không sử dụng biến áp có thể bị nhiễu, trong trường hợp nó được kết nối trực tiếp với vi điều khiển có thể dẫn đến xử lý sai.

Ngoài ra, nếu các chân đầu vào của bộ vi điều khiển tiếp xúc trực tiếp với xung điện, nó có thể làm hỏng đầu vào của vi điều khiển vì vậy bộ ghép quang EL357 được sử dụng giữa tín hiệu đầu vào và bộ vi điều khiển để tránh những hư hỏng đó.

Hình dưới đây cho biết việc sử dụng Optocoupler EL357 giao tiếp vi điều khiển.