Опторазвязка для ардуино: 4-х канальный модуль опторазвязки на TLP281 купить в Киеве и Украине

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон? / Хабр

Есть в электронике такое понятие как гальваническая развязка. Её классическое определение — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта. Если вы новичок, то эта формулировка покажется очень общей и даже загадочной. Если же вы имеете инженерный опыт или просто хорошо помните физику, то скорее всего уже подумали про трансформаторы и оптроны.

Статья под катом посвящена различным способам гальванической развязки цифровых сигналов. Расскажем зачем оно вообще нужно и как производители реализуют изоляционный барьер «внутри» современных микросхем.

Речь, как уже сказано, пойдет о изоляции цифровых сигналов. Далее по тексту под гальванической развязкой будем понимать передачу информационного сигнала между двумя независимыми электрическими цепями.

Зачем оно нужно

Существует три основные задачи, которые решаются развязкой цифрового сигнала.

Первой приходит в голову защита от высоких напряжений.

Действительно, обеспечение гальванической развязки — это требование, которое предъявляет техника безопасности к большинству электроприборов.

Пусть микроконтроллер, который имеет, естественно, небольшое напряжение питания, задает управляющие сигналы для силового транзистора или другого устройства высокого напряжения. Это более чем распространенная задача. Если между драйвером, который увеличивает управляющий сигнал по мощности и напряжению, и управляющим устройством не окажется изоляции, то микроконтроллер рискует попросту сгореть. К тому же, с цепями управления как правило связаны устройства ввода-вывода, а значит и человек, нажимающий кнопку «включить», легко может замкнуть цепь и получить удар в несколько сотен вольт.

Итак, гальваническая развязка сигнала служит для защиты человека и техники.

Не менее популярным является использование микросхем с изоляционным барьером для сопряжения электрических цепей с разными напряжениями питания. Тут всё просто: «электрической связи» между цепями нет, поэтому сигнал логические уровни информационного сигнала на входе и выходе микросхемы будут соответствовать питанию на «входной» и «выходной» цепях соответственно.

Гальваническая развязка также используется для повышения помехоустойчивости систем. Одним из основных источников помех в радиоэлектронной аппаратуре является так называемый общий провод, часто это корпус устройства. При передаче информации без гальванической развязки общий провод обеспечивает необходимый для передачи информационного сигнала общий потенциал передатчика и приемника. Поскольку обычно общий провод служит одним из полюсов питания, подключение к нему разных электронных устройств, в особенности силовых, приводит к возникновению кратковременных импульсных помех. Они исключаются при замене «электрического соединения» на соединение через изоляционный барьер.

Как оно работает

Традиционно гальваническая развязка строится на двух элементах — трансформаторах и оптронах. Если опустить детали, то первые применяются для аналоговых сигналов, а вторые — для цифровых. Мы рассматриваем только второй случай, поэтому имеет смысл напомнить читателю о том кто такой оптрон.

Для передачи сигнала без электрического контакта используется пара из излучателя света (чаще всего светодиод) и фотодетектора. Электрический сигнал на входе преобразуется в «световые импульсы», проходит через светопропускающий слой, принимается фотодетектором и обратно преобразуется в электрический сигнал.

Оптронная развязка заслужила огромную популярность и несколько десятилетий являлась единственной технологией развязки цифровых сигналов. Однако, с развитием полупроводниковой промышленности, с интеграцией всего и вся, появились микросхемы, реализующие изоляционный барьер за счет других, более современных технологий.

Цифровые изоляторы — это микросхемы, обеспечивающие один или несколько изолированных каналов, каждый из которых «обгоняет» оптрон по скорости и точности передачи сигнала, по уровню устойчивости к помехам и, чаще всего, по стоимости в пересчете на канал.

Изоляционный барьер цифровых изоляторов изготавливается по различным технологиям. Небезызвестная компания Analog Devices в цифровых изоляторах ADUM в качестве барьера использует импульсный трансформатор. Внутри корпуса микросхемы расположено два кристалла и, выполненный отдельно на полиимидной пленке, импульсный трансформатор. Кристалл-передатчик по фронту информационного сигнала формирует два коротких импульса, а по спаду информационного сигнала — один импульс. Импульсный трансформатор позволяет с небольшой задержкой получить на кристалле-передатчике импульсы по которым выполняется обратное преобразование.

Описанная технология успешно применяется при реализации гальванической развязки, во многом превосходит оптроны, однако имеет ряд недостатков, связанных с чувствительностью трансформатора к помехам и риску искажений при работе с короткими входными импульсами.

Гораздо более высокий уровень устойчивости к помехам обеспечивается в микросхемах, где изоляционный барьер реализуется на емкостях. Использование конденсаторов позволяет исключить связь по постоянному току между приемником и передатчиком, что в сигнальных цепях эквивалентно гальванической развязке.

Если последнее предложение вас взбудоражило. .

Если вы почувствовали жгучее желание закричать что гальванической развязки на конденсаторах быть не может, то рекомендую посетить треды вроде этого. Когда ваша ярость утихнет, обратите внимание что все эти споры датируются 2006 годом. Туда, как и в 2007, мы, как известно, не вернемся. А изоляторы с емкостным барьером давно производятся, используются и отлично работают.

Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие интегральные изоляторы с высокими показателями надежности. Они выпускаются двумя компаниями — Texas Instruments и Silicon Labs. Эти фирмы используют различные технологии создания канала, однако в обоих случаях в качестве диэлектрика используется диоксид кремния. Этот материал имеет высокую электрическую прочность и уже несколько десятилетий используется при производстве микросхем. Как следствие, SiO2 легко интегрируется в кристалл, причем для обеспечения напряжения изоляции величиной в несколько киловольт достаточно слоя диэлектрика толщиной в несколько микрометров.

На одном (у Texas Instruments) или на обоих (у Silicon Labs) кристаллах, которые находятся в корпусе цифрового изолятора, расположены площадки-конденсаторы. Кристаллы соединяются через эти площадки, таким образом информационный сигнал проходит от приемника к передатчику через изоляционный барьер.

Хотя Texas Instruments и Silicon Labs используют очень похожие технологии интеграции емкостного барьера на кристалл, они используют совершенно разные принципы передачи информационного сигнала.

Каждый изолированный канал у Texas Instruments представляет собой относительно сложную схему.

Рассмотрим её «нижнюю половину». Информационный сигнал подается на RC-цепочки, с которых снимаются короткие импульсы по фронту и спаду входного сигнала, по этим импульсам сигнал восстанавливается. Такой способ прохождения емкостного барьера не подходит для медленноменяющихся (низкочастотных) сигналов. Производитель решает эту проблему дублированием каналов — «нижняя половина» схемы является высокочастотным каналом и предназначается для сигналов от 100 Кбит/сек.

Сигналы с частотой ниже 100 Кбит/сек обрабатываются на «верхней половине» схемы. Входной сигнал подвергается предварительной ШИМ-модуляции с большой тактовой частотой, модулированный сигнал подается на изоляционный барьер, по импульсам с RC-цепочек сигнал восстанавливается и в дальнейшем демодулируется.
Схема принятия решения на выходе изолированного канала «решает» с какой «половины» следует подавать сигнал на выход микросхемы.

Как видно на схеме канала изолятора Texas Instruments, и в низкочастотном, и в высокочастотном каналах используется дифференциальная передача сигнала. Напомню читателю её суть.

Дифференциальная передача — это простой и действенный способ защиты от синфазных помех. Входной сигнал на стороне передатчика «разделяется» на два инверсных друг-другу сигнала V+ и V-, на которые синфазные помехи разной природы влияют одинаково. Приемник осуществляет вычитание сигналов и в результате помеха Vсп исключается.

Дифференциальная передача также используется в цифровых изоляторах от Silicon Labs. Эти микросхемы имеют более простую и надежную структуру. Для прохождения через емкостный барьер входной сигнал подвергается высокочастотной OOK (On-Off Keying) модуляции. Другими словами, «единица» информационного сигнала кодируется наличием высокочастотного сигнала, а «ноль» — отсутствием высокочастотного сигнала. Модулированный сигнал проходит без искажений через пару емкостей и восстанавливается на стороне передатчика.

Цифровые изоляторы Silicon Labs превосходят микросхемы ADUM-ы по большинству ключевых характеристик. Микросхемы от TI обеспечивают примерно такое же качество работы как Silicon Labs, но в отдельных случаях уступают в точности передачи сигнала.

Где оно работает

Хочется добавить пару слов о том в каких микросхемах используется изоляционный барьер.
Первыми стоит назвать цифровые изоляторы. Они представляют собой несколько изолированных цифровых каналов, объединенных в одном корпусе. Выпускаются микросхемы с различной конфигурацией входных и выходных однонаправленных каналов, изоляторы с двунаправленными каналами (используются для развязки шинных интерфейсов), изоляторы со встроенным DC/DC-контроллером для изоляции питания.

Ещё больше картинок

Микросхема серии Si86xx — цифровой изолятор с четырьмя прямыми и двумя обратными каналами

Микросхема серии Si860x — цифровой изолятор с двумя двунаправленными и двумя однонаправленными каналами

Микросхема серии Si88xx — цифровой изолятор с двумя каналами и встроенным DC/DC-контроллером

Кроме цифровых изоляторов выпускаются изолированные драйверы силовых транзисторов, в том числе на посадочное место оптодрайверов, усилители токового шунта, гальваноразвязанные АЦП и др.

Ещё больше картинок

Микросхема серии Si823x — изолированный драйвер верхнего и нижнего ключа

Микросхема серии Si8261 — изолированный драйвер с эмулятором светодиода на входе

Микросхема серии Si8920 — изолированный усилитель токового шунта

Микросхема серии Si890x — изолированный АЦП

2-канальный модуль реле (5 В)

1 100 тг

79 в наличии

Количество

Артикул: 0601007 Категория: Реле

• Описание
• Характеристики
• Габариты

2-Канальный модуль реле с опторазвязкой для Arduino PIC ARM AVR используется для управления различными приборами с большим входным током.

Для использования релейного модуля к нему нужно подключить управляемое устройство. Затем нужно подключить питание 5В к выводам Vcc и Gnd модуля. Потом к управляющим выводам ln1 – ln2 релейного модуля подключается микроконтроллер, компьютер или другое управляющее устройство, после чего можно приступать к работе. К каждому из 2 реле подключен красный светодиод, который будет светиться, когда реле включено. Реле срабатывает при подаче на вход низкого уровня сигнала.

Управление модулем осуществляется с помощью микроконтроллера, компьютера или другого микропроцессорного управляющего устройства. На плате релейного модуля есть джампер для переключения между Gnd-Vcc и Vcc-JDVcc (5В Arduino и 5В источника питания).

Разъём для подачи внешнего питания (JD-VCC VCC GND) используется для того, чтобы обеспечить гальваническую развязку платы Arduino и модуля реле. По умолчанию, на разъёме между штырьками JD-VCC и VCC имеется перемычка. Когда она установлена, модуль использует для питания напряжение, поданное на вывод VCC управляющего разъёма, а плата Arduino не имеет гальванической развязки с модулем. Если нужно обеспечить гальваническую развязку модуля и Arduino, необходимо подавать питание на модуль через разъём внешнего питания. Для этого убирается перемычка, и дополнительное питание подаётся на контакты JD-VCC и GND. При этом питание на вывод VCC управляющего разъёма также подаётся (от +5 В Arduino).

Релейный модуль имеет два интерфейса – для подключения управляющего устройства (микроконтроллера, компьютера) и для подключения управляемых приборов к реле:

• для подключения релейного модуля к управляющему устройству используется 4-пиновый интерфейс. Контакты GND и VCC для подключения +5В, выводы ln1 – ln2 для подключения управляющего сигнала;
• для подключения управляемых приборов к реле на плате присутствует 6 контактов-зажимов (по 3 на каждое реле).

Характеристики

Рабочий ток реле	15-20 мА
Управляющее напряжение	5 В
Реле высокого тока	SRD-05VDC-SL-C AC250V 10A, AC125V 10A, DC30V 10A, DC28V 10A
Стандартный интерфейс, через который можно управлять релейным модулем с помощью контроллеров	Arduino, 8051, AVR, PIC, DSP, ARM, ARM, MSP430, TTL logic или с компьютера
Время срабатывания реле при включении	до 10 мс
Время срабатывания реле при выключении	до 5 мс
Скорость переключений	до 300 операций / мин (мех. ), до 30 операций / мин (эл.)

Вес	30 г
Размеры	49.3 x 38.2 x 20 мм

Возможно Вас также заинтересует…

• 4-канальный модуль реле (5 В)

  1 700 тг В корзину

• 8-канальный модуль реле (5 В)

  3 100 тг В корзину

• 16-канальный модуль реле (12 В)

  4 700 тг В корзину

Вывод оптоизолятора SparkFun — BOB-09118

4.4 из 5

На основании 14 оценок:

Сейчас просматриваются все отзывы покупателей.

Показаны результаты со звездным рейтингом.

2 из 2 нашел это полезным:

Отлично подходит для того, что это такое — описание немного вводит в заблуждение

около 4 лет назад от участника № 1490518 проверенный покупатель

Для преобразования напряжения на логическом уровне и изоляции двух цепей идеально подходит, и это хорошо, потому что для этого он и был разработан.

В описании и инструкциях отсутствуют сведения, которые необходимы для понимания новичками (я впервые пользуюсь и не понимаю этих вещей).

1. Сторона «высокого напряжения» оптоизолятора не предназначена для того, чтобы через нее проходила ваша главная «сильноточная» цепь. Вы не получите от него нужной силы тока. Это легко преодолеть, используя оптоизолятор для управления полевым транзистором, который управляет вашей «сильноточной» схемой.

2. Если вы используете оптоизолятор для понижения напряжения (т. е. считываете схему концевого выключателя 12 В с помощью Arduino 5 В), вам нужно будет поставить резистор на одной линии с вашими входами, чтобы не сжечь светодиоды внутри (они рассчитаны на 5В цепь). Вам нужно будет сделать некоторые математические расчеты, чтобы определить правильный размер резистора.

1 из 1 нашел это полезным:

Работал как чемпион!

около 6 лет назад от участника № 909435 проверенный покупатель

Возникла серьезная проблема с шумом при подключении внешних линий запуска трех отдельных систем сбора данных к общему источнику запуска. Шум варьировался от 3 до 5 вольт синусоиды, вызывая срабатывание DAQ. Подключил этого маленького парня между источником триггера и внешними входами триггера и все почистил. Шум был вызван контурами заземления. Без него не удалось бы завершить эксперименты. Также я измерил задержку всего в 4 микросекунды.

1 из 1 нашел это полезным:

Простота использования для преобразования сигнала — высокий (24 В пост. тока) в низкий (5 В пост. тока)

около 4 лет назад от Большого Папочки Майка проверенный покупатель

У меня было два входа 24 В постоянного тока, и мне нужно было переключать два логических сигнала 5 В постоянного тока. Эта плата работала идеально. Мне действительно пришлось добавить некоторое сопротивление на переднем конце, чтобы не сжечь оптроны, но через 1 кОм я был выключен и работал.

6 из 7 нашел это полезным:

Работает хорошо, ожидайте быстрых последовательных данных

около 7 лет назад от jokkebk проверенный покупатель

Нагрузочные резисторы номиналом 10 кОм на «выходной стороне» означают, что время переключения оптронных транзисторов близко к 100 мкс, что означает скорость передачи выше 9600 не получится. Это означает, что прорыв бесполезен для MIDI-приложения (которое представляет собой оптоизолированную передачу на скорости 31250 бод). Так хорошо для изоляции, а не для быстрой передачи сигналов.

1 из 2 нашел это полезным:

Отлично подходит для прототипирования

около 8 лет назад от участника #705352 проверенный покупатель

Мне нужно было отслеживать и эмулировать аварийные сигналы морских насосов с помощью микроконтроллера +3,3 В. Я просто последовательно добавил резисторы на 1,5 кОм, и все заработало, как и планировалось. Я смог обнаружить сигналы тревоги 12 В и легко передать сериализованные данные на системный монитор.

Отличная доска для изоляции

около 4 лет назад от пользователя #663105 проверенный покупатель

Я использую четыре из них в схемах сброса сервопривода Gecko G320x, управляемых платой Pokeys57CNC, и они работают отлично.

Прекрасно работает

около 3 лет назад от участника № 1619215 проверенный покупатель

Работает отлично, но просто обратите внимание на тех, кто использует библиотеку орла sparkfun, контакты (5,6) и (7,8) переставлены в символе.

https://github.com/sparkfun/SparkFun-Eagle-Libraries/issues/153

Также хорош для изоляции входов

около 3 лет назад от участника № 523872 проверенный покупатель

В документации описано, как использовать устройство для изоляции выходов контроллера от управляемого устройства. Но он одинаково хорошо работает и для защиты входов.

Работает хорошо

около 8 лет назад Ганнибал Смит проверенный покупатель

Используется для оптоизоляции моего Arduino от шагового двигателя, достаточно просто припаять к нему контакты и использовать.

Отличный маленький прорыв

около года назад от пользователя № 1728095 проверенный покупатель

Этот друг проделал отличную работу по отделению напряжения моего ШИМ-вентилятора от моей платы микроконтроллера, и у меня есть еще несколько для любых других целей, которые возникнут.

хорошая маленькая доска

около 8 лет назад от пользователя № 654226 проверенный покупатель

плата небольшая, поэтому пайка вручную требует осторожности. Я установил монтажные штифты на оптоплате, а затем припаял к основной плате — это было эффективно

Прекрасно работает

около 6 лет назад от jagy4321 проверенный покупатель

Упрощено подключение шумной стороны к чистой (ardunio).

Функциональность ШИМ неизвестна

около 6 лет назад от Нейромант2701 проверенный покупатель

Прекрасно работает с цифровым вводом-выводом, но я пытался использовать с ним ШИМ. И я ничего не получаю на выходе даже при 10 герцах. Рабочий цикл 50%.

Кто-нибудь пробовал использовать его с ШИМ? при удаче?

Работает

около 6 лет назад от пользователя № 456033 проверенный покупатель

Я использую это для преобразования логических сигналов 5 В от энкодеров на моем инструментальном револьвере во входы 24 В для моей карты Mesa. В настоящее время он висит на проводах, так как я не понял, как его установить.

Оптоизолятор

— Оптопара с Arduino

спросил 3 года, 3 месяца назад

Изменено 3 года, 3 месяца назад

Просмотрено 3к раз

\$\начало группы\$

Я пытаюсь подать 12 В на цифровые входы Ardunio. Но поскольку максимальное напряжение на цифровом входе Arduino составляет 5 В, я хотел бы использовать оптопару в качестве переключателя для входа 12 В в 5 В от самого Arduino.

Итак, у меня есть P621 Opto, но меня мало волнует оптическая ручка 12V??

Также для оптовходов вход и выход могут выдерживать одинаковое напряжение??

Я только новичок, так как не могу понять технические термины из спецификаций..

• Arduino
• оптоизолятор

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Думайте с точки зрения тока. Вы хотите, чтобы ваше входное напряжение вызывало ток около 10 мА в светодиоде. Светодиод упадет на 1-2 вольта, поэтому (12-2)/0,01 = 1 кОм.

Выходной транзистор будет производить ток, который необходимо преобразовать в напряжение с помощью резистора. Для низкоскоростных сигналов хорошим выбором будет 10k.

Обратите внимание, что эта схема инвертирует сигнал, 12 В вызовет логический ноль. Это легко решается программно. Или вы можете поменять местами R2 и Q1, чтобы получить неинвертированный сигнал.

^{имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab}

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

А меня мало волнует опто ручка 12V??

.

В электрических характеристиках указано, что он может принимать до 24 В. Итак, 12 В находится в допустимом рабочем диапазоне.

Также для оптов, вход и выход могут выдерживать одинаковое напряжение??

Светодиод также может питаться от 12 В. Важно правильно выбрать последовательный резистор, чтобы рекомендуемый прямой ток оптического светодиода не нарушался.

Также вы можете подумать о размещении диода в обратном направлении через оптосветодиод для защиты от обратного напряжения

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.