Optokuplör ne işe yarar ?
Optokuplörün görevi, iki devreyi birbirinden fiziksel olarak ayırmak, yani elektriksel olarak yalıtmaktır.
Elektronik bir eleman olan optokuplörler, birbiri ile optik bağlantılı ışın vericiden ve fotoalıcıdan oluşurlar. Optokuplörlerin asıl görevi, iki devrenin elektriksel olarak izolasyonudur (yalıtılması).
Optokuplör ,elektriki bir bağlantı olmadan düşük gerilimlerle ,yüksek gerilim ve akımları kontrol edebilen devre elemanına denir. Yapısında ise bir led diyot ve onun yaydığı ışıktan etkilenerek iletime geçen bir adet foto eleman bulunur.
Optokuplörler, iki elektronik devre arasında izolasyonu sağlamanın yanında başka işlemler için de kullanılırlar. Örneğin optokuplörler transformatörler gibi çalışabilirler. Ayrıca geribeslerne elemanı olarak kullanılabilirler. Birden fazla bağımsız devrenin çıkışlarını bir araya getirmek (toplama elemanı olarak) için kullanılabilirler.
12 voltluk ve 220 voltluk gerilimin kullanıldığı devrelerde, bu gerilimleri ayrı tutmak için optokuplörler kullanılır. Böylece optokuplörler sayesinde, farklı akımlar aynı devrede birbirinden izole edilerek güvenli bir şekilde akar ve devre sorunsuz bir şekilde çalışır.
Optokuplörler görünüş bakımından ;
1. Entegre tipi optokulörler ,
2. Foto eleman ve led diyodun açıkta bağlandığı optokuplörler
Optokuplör Çeşitleri
Optokuplörler, giriş ve çıkış bölgelerinden oluşmaktadır. Giriş bölgesi LED’lerden çıkış bölgesi ise fotoalıcılardan oluşur. Giriş ile çıkış arasındaki bağlantı ışık ile gerçekleştirilmektedir. Optokuplörlerde, giriş çıkışı etkiler, fakat çıkış girişi etkilemez.
Diyot Optokuplör:İnfrared LED ışın ve silikon fotodiyot sensörü kullanımı tercih edilir. Hızı yüksektir. Fotodiyotlu optokuplörde LED den yayılan ışığın şiddeti artış gösterdikçe foto diyot iletim yapmaya başlar. Üzerinden geçen akım ışık şiddeti ile doğru orantılı bir şekilde artar. Bu sayede foto diyot ve anot – katot arası iletime geçer. Arzu edilen devre bileşeni kontrol edilmesi sağlanır.
Dirençli Optokuplör: Doğrusal akkor teli lamba, neon lamba veya infrared LED kullanır. Sensör olarak CdS veya CdSe fotodirenç vardır. Hızı genellikle düşüktür.
Transistör Optokuplör: Infrared LED kullanır. Sensör olarak çiftkutuplu silikon fototransistör veya Darlington tipi fototransistör kullanır. Ortalama bir hıza sahiptir.
SCR Optokuplör: İnfrared LED ve silikonlu doğrultucu sensör kullanılmaktadır. Hızı yavaş ile orta arasında değişkenlik gösterir. SCR veya triyak kullanan optokuplörler ile DC ve AC sinyallerinin her ikisi ile de kullanılabilir. Foto algılama cihazı önce AC güç kontrol uygulamalarından kullanımı için tasarlanmıştı.
Triak Optokuplör: İnfrared LED ile çalıştırılır. Sensör tercihi alternatif akım şeklindedir. Hızı yavaş ile orta arasında bir büyüklüğe sahiptir. Bu çeşit optokuplör konfigürasyonları, lambalar ve motorlar gibi AC şebekelerden kaynağını sağlayan yükün kontrolü için kullanılır. Çok basit bir katı hal röle uygulamasının temelidir. Bir diğer yandan bir tristörden (SCR) farklı olarak, endüktif yüklerin değişimini triyak tarafından sağlanır. Ağır ani akımlar olmadan yükün tam güç almasını sağlayan sıfır geçiş algılama ile ana AC döngüsünün her iki yarısında da iletimi sağlanabilir.
Katıhal Röle: Infrared LED kümesi ve sensör olarak fotodiyot kümesi kullanır. Hızı yavaştan hızlıya kadar çıkabilmektedir.
Optokuplörlerde ışık verici olarak kullanılan led diyotlar Galyum Arsenürden yapılmıştır.Bu ledden çıkan ışık insan gözünün algıladığı ışık dalga boyundan küçük olduğundan göz tarafından algılanamaz. kullanılan bu ledlere ” infaruj verici ledler ” denir.
Piyasada farklı modellerde optokuplör bulunmaktadır.Bunlardan en çok rastlanılanlar ise şunlardır:
1- pc817
2- 4n25
3- MOC3021 , MOC3031 , MOC3041
Optokuplörlerin Çalışma Prensibi
Optokuplör Devresi
Optokuplörde foto diyot kullanıldığında led diyottan yayılan ışığın şiddeti artmaya başladıkça diyot iletime geçer ve diyot üzerinden geçen akım ışık şiddetiyle doğru orantılı artar. Bu şekilde foto diyot transistör veya başka bir devre elemanını iletime geçirebilir. Foto diyot ters polarizasyon altında çalışmalıdır.
Optokuplörde foto transistör kullanıldığında beyz yüzeyine düşen ışığın şiddeti artmaya başladıkça emiter – kollektör arası iletime geçerek istenen bir elemanı kontrol edebilir.Bildiğiniz gibi ışık istenen yüzeye düştüğünde burada küçük bir gerilim düşümü olur. İşte bu gerilim ile eleman akım geçirmeye başlar.
Optokuplörde foto tristör kullanıldığında ise geyt yüzeyine düşen ışığın şiddeti artmaya başladıkça anot – katot arası iletime geçerek akım geçişine izin verir.Bu sistem daha çok yüksek AC akımların kontrolünde kullanılmaktadır.
Optokuplörde foto triyak kullanıldığında ise geyt yüzeyine düşen ışığın şiddeti artmaya başladıkça A1 – A2 arası akım geçişine açılır.Triyaklar çift yönlü akım geçişine izin verdikleri için AC ve DC de kullanışlıdır
Optokuplör bir elektronik röledir
Optokuplörün mekanik röleye göre şu üstünlükleri vardır
1.Mekanik parçaları yoktur.
2.İki devre arasında büyük izolasyon vardır.
3.Yüksek işletme hızları,
4.Sıçramasız anahtarlama,
5.Küçük boyut,
6.Titreşim ve sarsıntıya duyarsızlık,
7.Devingen parçaların olmaması,
8.Mantık ve mikroişlemci devreleri ile uyumluluk,
9.DC ile 100+MHz arası bant genişliği, olarak sıralanabilir.
Optokuplörün Dezavantajları
1.Gücü düşüktür.
Optokuplörün Kullanıldığı Alanlar
Optokuplörler, hem lineer rejimde hem de dijital ( anahtar ) rejimde kullanılabilirler. Fotodirençli, fotodiyotlu ve fototranzistörlii optokuplörler hem lineer hem de dijital rejimlerde çalışabilirler. Fototristörlü ve fototriyaklı optokuplörler ise sadece anahtar rejiminde çalışırlar.
PLC’lerde, Switch mode devrelerde, telekominikasyonda, mikroişlemcili sistemlerde, endüstriyel sistemlerde, veri transferinde, MOSFET ve IGBT sürücülerde sıkça kullanılırlar. Günümüzde elektronik devrelerin çoğunda optokuplörler kullanılmaktadır.
Doğru bir optokuplörü seçmek için maksimum işlem sıcaklığına, akım transfer oranlarına ve tiplerine bakılmalıdır.
Optokuplörlerin Uygulama Alanları
Optokuplörler, elektriksel izolasyon ve sinyal iletimi sağlama özellikleri nedeniyle birçok alanda yaygın olarak kullanılır. İşte optokuplörlerin başlıca kullanım alanları:
-
Güç Elektroniği
AC-DC Güç Dönüştürücüler: Yüksek voltajlı güç devrelerini düşük voltajlı kontrol devrelerinden izole etmek için kullanılır.
SMPS (Anahtarlamalı Güç Kaynakları): Geri besleme sinyalini kontrol devresine güvenli bir şekilde iletmek için optokuplörler kullanılır.
-
Endüstriyel Otomasyon
Motor Sürücüleri: Motorların hız ve tork kontrolü için kullanılan devrelerde, kontrol sinyallerini izole etmek amacıyla optokuplörler kullanılır.
PLC (Programlanabilir Mantık Denetleyicileri): Yüksek voltajlı giriş ve çıkışların güvenli bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.
-
Telekomünikasyon
Modemler ve İzolasyonlu Sinyal İşleme: Yüksek hızlı veri iletiminde sinyal izolasyonu ve veri bütünlüğünü sağlamak için kullanılır.
Telefon Hatları: Telefon hatlarındaki sinyalleri izole ederek arayüz devrelerinde kullanılır.
-
Tıbbi Cihazlar
Hasta İzolasyon Sistemleri: Tıbbi cihazların hasta ile doğrudan temas etmesi durumunda, cihazların kontrol devrelerinin güvenliğini sağlamak için optokuplörler kullanılır.
Tıbbi Ekipmanlar: MRI, EKG gibi cihazlarda, hastayı yüksek voltajlardan izole etmek için kullanılır.
-
Güvenlik Sistemleri
Alarm Sistemleri: Sensörlerden gelen sinyallerin izole edilerek merkezi kontrol ünitesine iletilmesinde kullanılır.
Yangın Algılama Sistemleri: Yüksek güvenilirlik gerektiren sinyal iletimi ve izolasyonu için kullanılır.
-
Tüketici Elektroniği
Ev Aletleri: Mikrodalga fırınlar, çamaşır makineleri gibi cihazlarda, yüksek voltajlı güç devrelerini kullanıcı kontrol devrelerinden izole etmek için kullanılır.
TV ve Bilgisayarlar: Güç kaynağı ünitelerinde izolasyon ve sinyal iletimi sağlar.
-
Yüksek Gerilim Uygulamaları
Yüksek Voltajlı Güç Sistemleri: Güç iletim ve dağıtım sistemlerinde, yüksek voltajlı devrelerin kontrol devrelerinden izole edilmesi için optokuplörler kullanılır.
HVDC (Yüksek Gerilim Doğru Akım) Sistemleri: Güç kontrol ve izleme devrelerinde güvenli izolasyon sağlar.
Optokuplörler, elektriksel izolasyonun kritik olduğu ve güvenilir sinyal iletiminin gerekli olduğu her türlü uygulamada hayati bir rol oynar. Bu sayede hem cihazların hem de kullanıcıların güvenliği sağlanır.