【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

https://zrr.kr/74rB

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

24V, 5V, 3.3V를 이용하여 3.3V를 제어하는 회로이며,

자신이 원하는 회로를 시뮬레이션을 통해 간단히 확인할 수 있다.

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

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$ 1 0.000005 81.92041607667615 56 5 43 5e-11
g -48 160 -48 192 0 0
r 16 160 16 80 0 1000
r 224 0 224 80 0 1000
R 224 0 224 -32 0 0 40 3.3 0 0 0.5
368 224 80 144 0 0 0
368 -80 80 -112 0 0 0
r -80 80 16 80 0 4700
R -80 80 -144 80 4 5 10 24 0 0 0.5
407 80 80 240 80 1
w 16 160 -48 160 0
w 16 160 80 160 0
w 80 160 80 112 0
w 176 80 224 80 0
g 224 160 224 192 0 0
w 224 160 224 112 0
w 224 112 176 112 0
370 16 80 80 80 1 0 0
x -297 85 -190 88 4 24 24V\sInput
x -297 341 -204 344 4 24 5V\sInput
370 16 336 80 336 1 0 0
w 224 368 176 368 0
w 224 416 224 368 0
g 224 416 224 448 0 0
w 176 336 224 336 0
w 80 416 80 368 0
w 16 416 80 416 0
w 16 416 -48 416 0
407 80 336 240 336 1
R -80 336 -144 336 4 5 10 5 0 0 0.5
r -80 336 16 336 0 2000
368 -80 336 -112 256 0 0
368 224 336 144 256 0 0
R 224 256 224 224 0 0 40 3.3 0 0 0.5
r 224 256 224 336 0 1000
r 16 416 16 336 0 1000
g -48 416 -48 448 0 0
x -297 597 -185 600 4 24 3.3V\sInput
370 16 592 80 592 1 0 0
w 224 624 176 624 0
w 224 672 224 624 0
g 224 672 224 704 0 0
w 176 592 224 592 0
w 80 672 80 624 0
w 16 672 80 672 0
w 16 672 -48 672 0
407 80 592 240 592 1
R -80 592 -144 592 4 5 10 3.3 0 0 0.5
r -80 592 16 592 0 1000
368 -80 592 -112 512 0 0
368 224 592 144 512 0 0
R 224 512 224 480 0 0 40 3.3 0 0 0.5
r 224 512 224 592 0 1000
r 16 672 16 592 0 1000
g -48 672 -48 704 0 0

 

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