MOC3021 Optokoppeler Datasheet – Gedetailleerde Configuratie & Praktische Toepassingen

Schakelingen hebben vaak intuïtieve manieren nodig om stroomvoorziening te schakelen of andere laagspanningscomponenten te beschermen. Daarom is een minuscuul schakelcomponent, de optokoppeler, essentieel. Het overdraagt elektrische stroom tussen geïsoleerde schakelingen. Het is ook bekend als fotokoppeler of optische isolator. Je vindt de zwarte vier- of zes-pins in huishoudelijke apparaten zoals je lader. Kom mee voor een uitgebreide kijk op de optokoppeler en waarom het zo'n waardevol elektronisch component is. Je vindt de IC en bijbehorende details op onze website.

1. Wat is een Optokoppeler en Hoe Werkt Het?

Idealiter laat een typische transistor alleen stroom doorlopen zodra er triggering plaatsvindt aan de basispin. Als je echter een discrete transistor zorgvuldig ontmantelt, kun je een minuscule stroomdoorstroming waarnemen door de emitterpin. Natuurlijk na het aanleggen van een spanning aan de collectorpin.

De stroom vloeit dus zelfs als de overige delen niet-geleidende materialen zijn zoals glas of plastic.

De waarneembare spanning is niet te wijten aan AC-toepassing, maar aan fotonen op de onbedekte basis van de transistor. Dat betekent dat licht geleiding in de halfgeleider induceert, vandaar het bestaan van fototransistoren.

Daarnaast zijn fototransistoren twee-terminals transistoren (zonder basispin). Ze komen ook in transparante verpakking.

Vergelijkbaar lijken ze op diodes en gebruiken licht als basismunt. Ze werken ook met fotodiodes om een stroomverschuiving in apparaten te detecteren, afhankelijk van de binnenkomende lichtintensiteit.

Een praktisch voorbeeld is in nabijheidsindicatie-toepassingen.

Een optokoppeler heeft twee delen om een elektrisch signaal tussen twee schakelingen over te dragen. Daarnaast zijn de twee schakelingen gescheiden van de AC-lijn om elektrische schokken te voorkomen, een proces bekend als isolatie.

(Optokoppeler werking weergave)

De twee delen in de optische isolator zijn: een interne lichtgevende diode en een fototransistor die licht detecteert. Schakeling vindt plaats afhankelijk van de binnenkomende lichtintensiteit. Een optokoppeler combineert dus een fototransistor en een LED om schakelspanning te regelen.

Dat verklaart hoe het een schakelelement zonder fysiek contact aanstuurt.

Een stroomingang aan de koppeler laat de LED oplichten, waardoor infraroodlicht proportioneel aan de invoerspanning ontstaat. Vervolgens begint de transistor zijn normale functioneringsproces bij detectie van het licht.

Men kan een externe weerstand aan de grond verbinden voor snellere schakelsnelheid.

2. Optokoppeler In- en Uitgangen

Over het algemeen bestaan optokoppelers uit een diode aan de ingang en een schakelelement aan de uitgang.

De diode is lichtgevend; je kunt het licht echter niet zien door de behuizing van de optokoppeler. Het licht van de diode is infrarood, dus niet makkelijk zichtbaar.

De lichtdiode werkt op dezelfde spanningsamplitude als een typische LED.

Het uiteinde kan een NPN-transistor, een TRIAC, een silicium-gestuurde gelijkrichter of zelfs een complete logica-geschikte uitgang hebben.

Omdat de basisstroom aan de uitgang wordt aangedreven door lichtenergie, is deze meestal laag.

De lage basisuitgangsspanning vertraagt ook de opstijg- en daaltijd. Hoewel men een logica-uitgang en een optokoppeler met overeenkomende snelheden kan gebruiken om dit te verhelpen. Dit vereist echter een andere uitgangsspanning.

(Pinout-diagram van een optokoppeler)

Het primaire voordeel van een optokoppeler-uitgang is dat het spanningsisolatie van de invoerspanning kan geleiden. Dus het fungeert als een drijvende schakelaar, hoewel niet van hoge kwaliteit.

Bijvoorbeeld, je kunt een transistor aan de lage kant gebruiken en een pull-up toevoegen. Elke keer dat de diode aanstaat, activeert het de transistor om de collector laag te trekken.

Ook een transistor aan de hoge kant plus een weerstand tussen de uitgangsgrond en emitter zou de emitter hoog trekken aan de uitgang.

Echter, gewone optokoppelers hebben een limiterende basisdrijving die resulteert in hoge verzadiging tot een hele volt. De trage snelheden en isolatiespanningskarakteristieken van optokoppelers zijn efficiënt voor voedingsterugkoppelingslussen.

Daarnaast staat de stroomklasseering niet toe om stroom te leveren als een generator zou doen.

Aan de andere kant kan een optokoppeler efficiënt signalen tussen schakelingen overdragen zonder hulp van aparte drivers.

3. MOC3021 Datasheet: Kenmerken en Specificaties van MOC3021

Een versie van de optokoppeler nul-doorgang TRIAC bestaat, de MOC3021.

Zijne infrarood-gevende diodes bevatten galliumarsenide en een bilaterale siliciumschakelaar.

Zijne andere kenmerken zijn:

• Wanneer de piek-AC-spanning 60 Hz is gedurende 1 seconde, heeft het een isolatiespiegelspanning van 7500 Vac (pk).
• Een omgevingstemperatuur (TA) bereik van -40 tot +85 °C.
• Een opslagtemperatuur (T stg) bereik van -40 tot +150 °C.
• Totale stroomdissipatie (PD) met TA op 25 °C is 330 mW. Duur boven 25 °C is 4,4 mW/°C.
• Jungetemperatuurbereik (TJ) van -40 tot 100 °C.
• Solderingtemperatuur (TL) voor 10 s is 260 °C.

4. MOC3021-pinconfiguratie

Pennen 3 en 5 hebben geen verbinding.

5. MOC3021 Datasheet: Waar MOC3021 Fototransistor Optokoppeler te Gebruiken

De MOC3021 is een keuze voor een optokoppeler die AC-toepassingen regelt via een gelijkstroom. Maar werktemperaturen bij hoge lasten beïnvloeden de schakelprestaties. Gelukkig kan de MOC3021 hoge temperaturen weerstaan, waardoor de levenskwaliteit van de optokoppeler behouden blijft.

Omdat een TRIAC de uitgang aandrijft, kan het een 100 V last veroorzaken. Dat, plus het feit dat de TRIAC in beide richtingen werkt, maakt het makkelijk om AC-lasten te regelen.

De nul-doorgang-mogelijkheden stellen het in staat om schade door directe piekspanningen te voorkomen. Het doet dit door AC-geleiding te initiëren. Echter, dat is pas nadat de AC-golf 0 V raakt wanneer het voor de eerste keer inschakelt. De fatsoenlijke opstijg- en daaltijden staan ook toe om de uitgangsspanning te regelen.

Daarom is de MOC3021 ideaal voor het regelen van grotere AC-spanningslasten in digitale controllers zoals de MCU/MPU.

Omdat het mogelijk is om de uitgang te regelen, is het ook mogelijk om de licht-/snelheidsintensiteit van een AC-motor te handhaven.

Hier is een video van een project met de optokoppeler.

6. MOC3021 Datasheet: Hoe MOC3021 te Gebruiken

De stroombegrenzing van de MOC3021 staat niet toe om spanningslasten direct aan te sturen. Als een TRIAC vereist het een andere stroomschakelaar die voldoende stroom levert om de lasten te verplaatsen.

Opvallend is dat in deze instelling de optokoppeler fungeert als een controller.

Ook schakelt de MOC3021 lasten door de LED aan of uit te zetten. Alternatief kunnen PWM-signalen ook helpen de LED en dus de TRIAC te veranderen. Zodra de TRIAC aanstaat, kan het de helderheid en snelheid van de last regelen.

De schakelsnelheid van de fotokoppeler is een essentieel factor bij het schakelen van AC-lasten. De snelheid hangt af van de spanningsamplitude en de werkomgevingstemperatuur van de fotokoppeler.

(MOC3021-interfacingdiagram)

7. Toepassingen van de MOC3021 Datasheet

Het algemene gebruik van de MOC3021 is om een AC-apparaat te regelen. Daarom is het handig in:

• AC/DC-stroomregeling
• AC-motorsnelheidsregeling
• AC-lichtdimmers
• Stroboscooplampen
• AC-lasten regelen met MCU/MPU
• Ruiskoppeelschakelingen

(Sirene stroboscooplampen)

8. MOC3021 Datasheet: De MOC3021-equivalent

Als alternatief kan men de volgende optokoppelers gebruiken als vervanging van de MOC3021.

• FOD3180 (High-Speed MOSFET)
• MCT2E (niet-Nul transistor)
• MOC3041 (Niet-Nul Doorgang TRIAC)

Conclusie

Een optokoppeler is een fascinerend gadget, vooral de implementatie in diverse apparaten. Hopelijk verbeteren de bovenstaande illustraties je begrip van het gadget. Heb je vragen of hulp nodig? Neem contact op via onze website.