【회로 실무】포토커플러 선정 방법

 

【ROBOT】페라이트 코어 조사 (표 첨부)

【회로 실무】TVS 다이오드 선정 방법

포토커플러 (photocoupler)

 

신호 그라운드를 다르게 정하고 ON/OFF를 하고 싶은 경우(Digital Input/Output)에는 포토커플러를 사용한다.

 

위의 부품은 일반적인 형태(다이오드 1개)가 아닌 다이오드 2개를 사용하여 교류 전류를 사용할 수 있다.

다이오드 2개를 사용하는 이유는 아래와 같다.

1) LED의 역서지 전압을 막기 위해

2) 입력 전압을 VCC, GND 반대로 연결해도 OK

3) AC 전압을 사용할 때

다르게 표현하자면 1,2번 핀이 바뀌어도 상관이 없는 것이다. 2번 핀을 GND에 연결하고 1번 핀을 Control하여 동작시킬 수 있지만, 1,2번 핀 모두 Control 하고 싶다면 위와 같은 부품을 사용하면 된다.

 

왼쪽의 다이오드는 발광 다이오드로 LED라고 생각하면된다. 오른쪽의 TR은 NPN형이며 LED를 통해 빛을 받으면 작동된다. 따라서 포토커플러는 LED를 사용하기 때문에 수명이 있어 오래 사용될 경우에는 이 부품을 사용하지 않는 것이 좋다.

 

 

CTR (Current Transfer Ratio, 전류 전달비)

CTR = Ic / If * 100

CTR은 전류 전달비를 의미하고, 다이오드의 전류를 If, TR에 전류를 Ic라고 한다.

즉, 입력측의 전류가 적어도 출력측의 전류를 높여 사용할 수 있다는 것이다.

 

CTR을 선정할 때에는 최소 값(Min.)값을 중심으로 선정하며,

보통 CTR의 최소 값을 100%이상으로 사용한다.

 

 

BL의 경우, 최소 값이 200%로 가장 높다. 하지만 유통시장에 수량이 적기 때문에 보통 GB를 선택한다.

이 때, CTR의 등급을 나누는 Rank는 Datasheet를 참고하여 선정하기 바라며, 해당 부품에 표기되어 확인할 수 있다.

 

 

제조사

기본적으로 많이 사용하는 제조사는 Toshiba, onsemi, Vishay가 있다.

https://www.mouser.kr/c/optoelectronics/optocouplers-photocouplers/

 

주변 회로 설계

포토커플러를 다양하게 사용할 수 있지만 기본적인 회로를 설명하겠다.

아래 회로는 사용자가 24V를 이용하여 3.3V 전원을 Control 하는 회로를 구성한 것이다.

 

기존에는 포토커플러가 동작하지 않기 때문에 4번 핀은 3.3V로 연결될 것이다. 이후, 24V의 전원을 사용하여 Input 신호를 주게되면 4번->3번으로 전류가 흘러 Low(약 0V)로 나타난다.

 

주변 부품으로 저항 선정 방법을 설명하겠다.

우선 R3의 경우 풀업저항으로 연결한 것이므로 생략한다.

 

R1은 LIMIT, R2는 BIAS를 위해 연결했다고 생각하면 된다.

자세한 내용은 생략하고 R1에 대해 좀 더 설명하겠다.

전압	저항	전류	전력	저항 크기	가격
24V	2.2kΩ	10mA	1/2W	5025	￦190
	4.7kΩ	5mA	1/4W	3216, 3225	￦130
	10kΩ	2.5mA	1/8W	2012	￦190

 

R1에 흐르는 전류를 1~2mA로 흘리는 것이 좋기 때문에,

저항 값을 변경해야되지만, 이 뿐만 아니라 전력(P)와 저항 크기와 관계가 있다.

4.7kΩ, 1/4W이 사용가능하다면 10kΩ, 1/8W도 사용가능하다는 것이다.

가격 차이는 거의 나지 않기 때문에 무엇을 골라도 상관없다.

또한 J타입(5%)를 사용해도 무방하다.

 

선정한 R1과 R2 값을 확인해보자.

포토커플러의 If-Vf 그래프를 참고하여 확인할 것이다.

Vf는 아래 Datasheet와 같이 1.25V(약 1.3V)로 확인되며, 이 값으로 If 의 계산 값이 범위내에 들어오는지 확인하자.

위의 그래프에서는 0℃이고 Vf가 1.3V일 때, If가 10mA이하이면 된다는 것을 보여준다.

계산된 If는 3.53mA이기 때문에 사용가능한 IC라고 할 수 있다.

 

정리하면,

Vf, If, Vin 값을 설정한 후에 저항과 함께 계산하여 주어진 스펙과 비교하여 선정한다.

 

회로 시뮬레이션

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

위의 사이트에서 아래 더보기 칸의 내용을 넣으면 시뮬레이션을 확인할 수 있다.

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

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$ 1 0.000005 8.281975887399955 55 5 50 5e-11
407 576 192 592 192 1
g 704 224 704 272 0 0
w 672 224 704 224 0
368 736 192 784 208 0 0
r 496 256 496 192 0 1000
w 576 224 576 256 0
w 496 256 416 256 0
g 416 256 416 304 0 0
R 400 192 336 192 5 5 100 24 0 0 0.5
R 736 112 736 64 0 0 40 3.3 0 0 0.5
r 496 192 400 192 0 4700
370 496 192 576 192 1 0 0
r 736 192 736 112 0 1000
368 400 192 352 128 0 0
368 400 464 352 400 0 0
r 704 464 704 384 0 1000
370 496 464 576 464 1 0 0
w 704 464 672 464 0
r 496 464 400 464 0 2000
R 704 384 704 336 0 0 40 3.3 0 0 0.5
R 400 464 336 464 5 5 100 5 0 0 0.5
g 416 528 416 576 0 0
w 496 528 416 528 0
w 576 528 496 528 0
w 576 496 576 528 0
r 496 528 496 464 0 1000
368 704 464 752 480 0 0
w 672 496 704 496 0
g 704 496 704 544 0 0
407 576 464 592 464 1
407 576 736 592 736 1
g 704 768 704 816 0 0
w 672 768 704 768 0
368 704 736 752 752 0 0
r 496 800 496 736 0 1000
w 576 768 576 800 0
w 576 800 496 800 0
w 496 800 416 800 0
g 416 800 416 848 0 0
R 400 736 336 736 5 5 100 3.3 0 0 0.5
R 704 656 704 608 0 0 40 3.3 0 0 0.5
r 496 736 400 736 0 1000
w 704 736 672 736 0
370 496 736 576 736 1 0 0
r 704 736 704 656 0 1000
368 400 736 352 672 0 0
x 198 200 305 203 4 24 24V\sInput
x 212 472 305 475 4 24 5V\sInput
x 194 744 306 747 4 24 3.3V\sInput
370 736 192 672 192 1 0 0
370 496 256 576 256 1 0 0

 

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