El equipo electrónico industrial opera en entornos eléctricamente ruidosos y mecánicamente desafiantes. El problema es que los componentes de automatización, control e instrumentación dependen de señales precisas libres de interferencia eléctrica o distorsión para funcionar correctamente. Como resultado, los módulos de optoacoplador a menudo son utilizados por los ingenieros como fuentes de señal y como intermediarios de protección de señal entre los suministros de alimentación, los controles industriales y otros componentes.
En aplicaciones industriales, un módulo optocopler es un dispositivo montado en riel de DIN autónomo que proporciona aislamiento óptico de la ruta de la señal. En su núcleo hay un optoacopler, un circuito con un diodo o LED emisor de luz y un dispositivo fotosensible. El lado de entrada del módulo optocoupler consiste en la electrónica de entrada de potencia o señal y el LED. La salida consta del dispositivo fotosensible (generalmente un fototransistor o fotodiodo) en el circuito de salida. Cuando la corriente se pasa a través del LED, causa la emisión de luz infrarroja, que activa el dispositivo fotosensible, lo que permite que la corriente pase a través de la salida del optoacopler. De esta manera, la salida de optoacopler es análogo a un interruptor digital que se enciende y apaga dependiendo de la presencia de una señal de voltaje de entrada.
Un parámetro clave de un optoacopler es la relación de transferencia actual o CTR, que es una medida de la relación entre las corrientes de entrada y salida. Si bien los controladores industriales pueden operar sin un optoacoplador, este último mejora la seguridad, la confiabilidad y la precisión, y evita los posibles problemas de hacer conexiones de señal directa (no aisladas).
1. Los módulos de optoacopladores protegen contra la interferencia eléctrica:Desde señales de interruptor de límite mecánico simple hasta la transmisión de datos basada en el protocolo, todo en un entorno industrial es susceptible al ruido eléctrico. Estas señales son más vulnerables si tienen que viajar cualquier distancia. Aquí, los optoacopladores aislan el ruido del modo común generado por las corrientes perdidas que fluyen a través de la conexión a tierra. Para hacer esto, configure correctamente el sistema utilizando el optoacopler conectando los circuitos de origen y receptor a las conexiones de tierra y señal separadas.
2. El módulo optoacoplador conecta los circuitos de alto voltaje y de bajo voltaje:Pueden dañarse si la entrada de señal al controlador industrial excede los límites establecidos ... Sin embargo, a menudo es necesario realizar un seguimiento de los niveles de potencia. Por ejemplo, la entrada digital de un PLC puede diseñarse para aceptar 24 VCC, pero necesita monitorear una carga de 220 V CA. Conectar 220 VAC directamente a la entrada PLC obviamente dañará a este último. Por lo tanto, un módulo de optoacopler puede aceptar una entrada de VAC 220 y generar un voltaje de salida de retroalimentación dentro del rango de entrada máximo permitido del controlador.
3. Los módulos de optoacopladores protegen a los controladores industriales de eventos transitorios:Los transitorios son ráfagas de voltaje o corriente repentinas de corta duración. A pesar de su corta duración, los transitorios pueden causar daños significativos a los controladores industriales. Aquí, se puede usar un módulo de optoacoplero como una barrera de aislamiento entre el controlador industrial y cualquier sensor de campo que esté expuesto a sobretensiones o corrientes de entrada.
Mientras que los módulos de optoacoplador aislan principalmente la señal de entrada de la fuente de alimentación, algunos diseños ayudan a garantizar la calidad de la señal de salida. Por ejemplo, algunos módulos de optoacoplador pueden reemplazar los relés de señal electromecánica. Este último típicamente funciona con bajas corrientes de conmutación de 2A o menos. Esto hace que los optoacopladores con corrientes de salida similares o más altas sean muy adecuadas para reemplazar ... pero están diseñados para durar más porque no hay piezas móviles. Más específicamente, los relés electromecánico típicamente funcionan para 100 ciclos 000 a 1, 000, 000 ... Además, los módulos de optoacopladores evitan los problemas electromecánicos de la fuerza electromotriz de la parte posterior y el rebote de la señal.
La conmutación rápida de los relés de estado sólido basados en optoacopler los hace adecuados para una amplia gama de cargas de salida del sistema de alta potencia. Los optoacopladores también pueden complementar las fuentes de alimentación industrial con aislamiento.
Los optoacopladores de conmutación de alta velocidad también protegen las señales de alimentación de control y control estándar, como la modulación de ancho de pulso o PWM y Modbus RS485, por nombrar solo dos ejemplos. Aquí, el acoplamiento EMI basado en el acoplamiento se minimiza aislando el controlador y el elemento receptor.
Detección de exceso de cero con módulos optoacopladores
Algunas aplicaciones basadas en AC requieren una detección de exceso de cero, que es una medición de la transición de una señal de CA a medida que cambia por encima y por debajo de cero. Aquí, el circuito de exceso de cero permite al controlador medir la frecuencia y la fase de la forma de onda, así como el pulso estrecho que se forma en la salida cada vez que la señal de CA cruza el punto 0 V. Abundan las variaciones del circuito detector de cero, pero el circuito de detector basado en optocoupler es superior. El optoacopler proporciona una barrera de aislamiento de ruido entre la señal de CA y el controlador ... Muchos módulos de optocoupler incluso tienen circuitos de detección cero incorporados para minimizar el recuento de dispositivos.
Cuando un optoacopler complementa la fuente de alimentación, generalmente aísla el sistema DC/AC, AC/AC, AC/DC o DC/DC en el circuito de control de retroalimentación de la fuente de alimentación (junto con el transformador lateral de entrada). Esta disposición elimina todas las rutas conductivas directas entre la entrada de potencia y todos los terminales de salida (y cualquier dispositivo de campo conectado, motores u otras cargas) para un diseño más seguro y eficiente. En el equipo que cambia regularmente entre estados de alimentación muy diferentes, los optoacopladores pueden (incluso hasta decenas de kV/μsec) proteger la fuente de alimentación de los voltajes transitorios de modo común. En aplicaciones de alto voltaje, los optoacopladores también pueden desconectar las corrientes de bucle de tierra causadas por diferentes suministros de alimentación y están diseñados para tener una pequeña diferencia en el potencial de tierra, lo que elimina los problemas de ruido eléctrico en modo común.
Cómo elegir un módulo optocoupler
Estos son los parámetros principales que determinan la selección del módulo OptoCouppler más apropiado.
Voltaje de entrada- Determine el voltaje máximo de la señal de entrada y seleccione un módulo optoacopler por encima del límite.
Voltaje de salida y corriente- Asegúrese de que la salida del optoacopler pueda manejar el voltaje y la corriente requeridos por la aplicación. Algunos módulos de optoacoplador tienen calificaciones de salida de alto voltaje o alta corriente.
Tiempo de respuesta- Cualquier optoacopler utilizado para la señalización de alta velocidad necesita un tiempo de respuesta en microsegundos (μSEC).
Montaje- Los circuitos de optoacoplero se pueden construir desde cero, pero los módulos de montaje de riel de din son fáciles de instalar.