Tìm hiểu thông tin về Opto và ứng dụng của Opto qua bài viết kỹ thuật sau đây của trung tâm VATC. Cụ thể bao gồm: định nghĩa về Opto, nguyên lý hoạt động, phân loại Opto, ứng dụng của Opto và cách kiểm tra chi tiết. Đọc đến hết bài viết để không bỏ lỡ bất kỳ thông tin hữu ích nào nhé!
1. Định nghĩa
Photocoupler hay phần tử cách ly quang (opto-isolator), hay optocoupler, là một phần tử bán dẫn thực hiện truyền tín hiệu giữa hai phần mạch bị cách ly với nhau về điện bằng cách sử dụng ánh sáng.
Cách ly bằng ghép quang học cho phép tránh được sự xâm nhập điện áp cao tới hệ thống thu nhận tín hiệu.
2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của photocoupler đơn giản. Có thể lập bằng linh kiện rời gồm một diod phát quang LED hướng luồng sáng vào cửa sổ của một diode quang hoặc transistor quang (phototransistor), tất cả gói trong vỏ che kín ánh sáng.
Khi LED phát sáng với cường độ sáng nào đó, thì vùng base của transistor cảm quang tiếp nhận ánh sáng và giảm mức điện trở thuần tương đương của transistor, làm dòng qua transistor Ic tăng. Khi đó sẽ có hai mức độ chính:
- Nếu cường độ sáng đủ mạnh, thì transistor quang đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu logic, và trong thực tế đây là ứng dụng chủ yếu của photocoupler.
- Nếu cường độ sáng đủ yếu, transistor cảm quang không đạt trạng thái bão hòa. Photocoupler thực hiện truyền tín hiệu analog. Chế độ này có thể được sử dụng nhưng không nhiều, vì rằng đường đặc tuyến quan hệ vào-ra có đoạn tuyến tính khá hẹp, không đảm bảo truyền trung thực tín hiệu.
Các photocoupler thương phẩm được chuẩn hóa các đặc trưng kỹ thuật, đặc biệt là mức độ cách ly và tốc độ đáp ứng xung để hoạt động trong các thiết bị số.
3. Phân loại Opto
Các loại Opto:
1. Opto rãnh : opto rãnh có một khoảng trống (rãnh) giữa nguồn sáng LED và cảm biến ánh sáng transistor. Khi không có vật cản, ánh sáng từ LED sẽ truyền đến transistor, nhưng nó sẽ bị chặn lại nếu có vật thể nằm trong rãnh này. Do đó, opto rãnh được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phát hiện đầu cuối dải băng, chuyển mạch giới hạn và phát hiện mức chất lỏng.
2. Opto phản xạ – Các LED và transistor quang được đặt cùng phía ở bên trong opto, cả hai mặt của chúng hướng ra bên ngoài. Việc truyền tín hiệu giữa LED và transistor theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng qua vật thể phản chiếu (như lớp sơn kim loại thậm chí là sương, khói …) ở phía bên ngoài có khoảng cách phù hợp với led và transistor. Do đó, opto phản xạ có thể được sử dụng trong các ứng dụng như phát hiện vị trí dải băng, đo tốc độ, hoặc phát hiện khói hoặc sương mù,…
4. Ứng dụng của Opto
Opto (bộ cách li quang học) được sử dụng nhiều trong công nghiệp cụ thể là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa các thiết bị có điện áp cao (công tắc giới hạn) và các mạch logic điện áp thấp.
Các bộ cách ly quang học có thể được sử dụng trong bất kỳ trường hợp mà tín hiệu cần truyền qua giữa hai mạch được cách ly với nhau.
Sự cách ly điện giữa hai mạch (tức là hai mạch không có dây dẫn chung) cần phải có một thiết bị để ngăn chặn nhiễu được tạo ra trong quá trình truyền từ mạch này tới mạch kia. Điều này rất cần thiết cho việc ghép nối giữa các mạch thu thập thông tin điện áp cao và các mạch logic điện áp thấp. Vì các mạch thông tin hầu như sẽ phải tiếp xúc với các nguồn nhiễu và các mạch logic không thể chịu được các tín hiệu nhiễu này.
Ứng dụng trên ô tô
Cách ly tín hiệu điều khiển trong bộ inverter (bộ nghịch lưu)
- Inverter là bộ chuyển đổi DC từ pin cao áp → AC ba pha để điều khiển động cơ điện.
- Các IGBT hoặc MOSFET công suất cao cần được điều khiển chính xác bởi mạch điều khiển vi xử lý (MCU), nhưng hai mạch này phải cách ly hoàn toàn về điện áp để tránh phóng điện ngược hoặc nhiễu cao áp.
- Optocoupler (hoặc isolated gate driver) được dùng để:
Truyền tín hiệu điều khiển gate của IGBT/MOSFET.
Cách ly điện áp hàng trăm volt giữa khối control và khối power.
Ví dụ: Optocoupler như HCPL-3120, ACPL-333J, ACPL-302J thường được dùng trong EV inverter để điều khiển IGBT.
5. Cách kiểm tra Opto
Ở đây chúng ta sẽ kiểm tra một opto khi đang làm việc. Chúng ta sẽ lựa chọn một opto thường được sử dụng nhất (PC123 – 4 chân) để kiểm tra tuy nhiên bạn có thể sử dụng nguyên tắc này cho tất cả các opto khác (lưu ý: bạn nên kiểm tra các thông số kỹ thuật).
Bước 1:
Xác định các chân theo sơ đồ trên, đầu tiên là cực dương và cực âm của đèn LED (trong trường hợp này là chân 1 và 2) và sau đó sử dụng Ôm kế, điều chỉnh ở thang đo ‘X1Ω’, đo giữa hai chân 1 và 2. Bạn thấy kết quả có 1 chiều mà kim đồng hồ tăng lên đến một giá trị điện trở và khi đổi chiều thì kim đồng hồ không lên (giống như khi bạn kiểm tra một diode).
Nếu bạn nhận được kết quả khác thì tức là đèn LED có vấn đề và bạn cần thay opto khác.
Bước 2:
Nếu đèn LED tốt thì chúng ta tiếp tục kiểm tra transistor quang. Bạn có thể đo bằng Ôm kế giống như đèn LED nhưng đo giữa chân 3 và 4. Khi kim đồng hồ chỉ mức giá trị điện trở cao transistor quang (phototransistor) tốt.
Nếu bạn không đọc được gì, là do hầu hết các transistor quang có điện trở cao nên đồng hồ không đo được; khi gặp phải trường hợp này bạn có thể mắc nối tiếp hai Ôm kế để tăng giá trị thang đo. Tuy nhiên vì không phải ai cũng có 2 đồng hồ đo vì vậy bạn có thể dùng phương pháp thực nghiệm thay thế.
Trên đây là toàn bộ thông tin về chủ đề Opto và ứng dụng của Opto mà trung tâm VATC muốn gửi đến bạn. Hy vọng bài viết này sẽ bổ ích và hữu dụng với bạn.
Nếu bạn có đang đam mê hoặc muốn tìm hiểu về các khóa học trong ngành ô tô thì liên hệ ngay với trung tâm VATC theo thông tin dưới đây để được tư vấn chi tiết nhất nhé!
Trung Tâm Huấn Luyện Kỹ Thuật Ô Tô Việt Nam – VATC
- Địa chỉ: Số 4-6, Đường số 4, Phường Hiệp Bình Phước, Thành Phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh
- Điện thoại: 0945711717
- Email: info@oto.edu.vn
Xem thêm:
