Spänningar för optokopplare

[patrik87]

Ok. Det var ju smart. Ska testa bygga ihop en sådan krets då. Tack för tipset!

Hur ska man tänka kring storleken på R1, R2 och resistorn vid anoden till optokopplarens ingång?
Och Vcc är nu alltså 5V? Även på "baksidan" av isoleringen?


Kretsen måste vara isolerad från datorn för ett mätprogram som körs samtidigt som motorerna störs av störningarna från kretsen.

[patrik87]

Nu har vi en signal till OP:n mellan 0 och 4 volt. utsignalen från OP:n ska alltid ge ungefär samma spänning ut, nämligen framspänningen på lysdioden + lite till, så utgången behöver inte vara rail to rail.

Ingången måste klara 0V till VCC - 1V

Vad menar du med att utsignalen från OP:n alltid ska ge samma spänning ut? Utspänningen från OP:n är ju mellan 0 och 4V.
Optokopplaren vill iofs max ha 1,25V framspänning. Ska jag alltså matcha den resistansen mellan OP:ns utgång och optokopplaren så att 4V ut från OP ger 1,25V till optokopplaren?

[jesse]

OK, nu har inte jag studerat databladet för IL300, men lysdioden är ju strömstyrd - och för att få lagom ström genom lysdioden bör du alltså ha ett motstånd mellan utgången på OP:n och lysdioden. Det kan vara ganska lågt eftersom OP:n själv reglerar ner spänningen om den skulle bli för hög.

Eller reglerar upp, menar jag, för LED:en sitter ju kopplad till VCC.

Antag att OP:n kan dra ner spänningen till 0.2 volt. Då blir största möjliga spänningsfall över motståndet (5-1.25-0.2) = 3.55 volt. Denna spänning ska alltså ge högsta möjliga strömmen. Vi kan ju sätta den till t.ex. 5 mA så blir det säkert bra (kolla databladet om det funkar).

Men då gäller ju att R1 och R2 har rätt värden också. Måste gå nu så jag kan inte fundera ut vad de värdena ska vara, men det har med CTR (Current Transfer Ratio) att göra (databladet igen!) och vilken inspänning du skulle jämföra med, vilket var 0-4 volt.

[Icecap]

Den optokopplare är gjort för att isolera sådana saker som detta.

Dess CTR är egentligen ganska likgiltig, det viktiga är att de två fotodioder är "lika" och får lika med ljus. Återkopplingen till ingångs op-amp'en kommer från strömmen i ena fotodioden och den isolerade utgången drar samma ström genom den fotodiod och om allt passar med värden blir den ett spegelbild varför den analoga spänningen skickas igenom med isolering.

[patrik87]

OK, nu har inte jag studerat databladet för IL300, men lysdioden är ju strömstyrd - och för att få lagom ström genom lysdioden bör du alltså ha ett motstånd mellan utgången på OP:n och lysdioden. Det kan vara ganska lågt eftersom OP:n själv reglerar ner spänningen om den skulle bli för hög.

Eller reglerar upp, menar jag, för LED:en sitter ju kopplad till VCC.

Antag att OP:n kan dra ner spänningen till 0.2 volt. Då blir största möjliga spänningsfall över motståndet (5-1.25-0.2) = 3.55 volt. Denna spänning ska alltså ge högsta möjliga strömmen. Vi kan ju sätta den till t.ex. 5 mA så blir det säkert bra (kolla databladet om det funkar).

Men då gäller ju att R1 och R2 har rätt värden också. Måste gå nu så jag kan inte fundera ut vad de värdena ska vara, men det har med CTR (Current Transfer Ratio) att göra (databladet igen!) och vilken inspänning du skulle jämföra med, vilket var 0-4 volt.

Ok. Det står att optokopplaren är mest linjär för inströmmar mellan 5 och 20mA.
Så det kanske blir bra att sätta den högsta möjliga strömmen till 10mA.
Isf blir det alltså:
R = U/I = 3.55/0.01 = 355 ohm.


Nästa steg är att bestämma ett värde för R1 då. Det finns ett exempel en bit ner i databladet (https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/asse ... fIL300.pdf)
där de pratar om quiescent current. Är detta den ström jag nyss valt till 10mA?
I kurvan i figur 4 i databladet kan man läsa ut att då strömmen genom LEDen är 10mA är servo foto current ca 0.07 mA.

Är det då bara att beräkna R1 med Ohms lag också? Vet inte om jag ska använda samma spänning som innan, men...
Isf: R = U/I = 3.55/0.00007 = 50714 ohm.

Och enligt tabellen på sidan 5 är K3 = 1. Vilket innebär att R2 ska vara lika stor som R1 om jag fattar det rätt.

Eller är jag helt ute och cyklar nu?

[jesse]

Du ...

eller, ja till viss del i alla fall..
jag orkar inte läsa hela databladet , men där finns visst formler för att beräkna R1 och R2. Du kan ju chansa på vad du får fram och sedan kan du ju mäta vilka spänningar du får och eventuellt justera lite. Det verkar som om varje enskild IL300 är märkt med en bokstav som säger exakt transfer ratio för just den kretsen (bin).

Icecap: Du kan inte dimensionera R1 och R2 om du inte vet ungefär CTR eftersom den strömmen måste kunna återspegla hela spännings-spannet på OP:ns ingång, dvs 0-5 volt. Därför har CTR en viss (stor) betydelse.

Börja med att sätta max ström på lysdioden till minst 20mA så har du ett bra arbetsområde.
Det ger R < 177 ohm. sätt R till 150 ohm.

LED quiescent current är antagligen den lägsta strömmen som man vill ska gå genom LED:en, inte den högsta. Motståndet vid lysdioden sätter ju gränsen vad högsta möjliga ström kan vara.

Prova att sätta quiescent current till kanske 5 mA och stoppa in i formlerna så kanske du får ut något bra värde på R1?

[patrik87]

Jag tror att jag fått rätt på det så långt att jag får ut 0-4V på Vc, som är utgången av optokopplaren alltså vid den andra OP:ns positiva ingång.
Men sen blir det fel!
#1: Av någon anledning får jag inte -10 till 10 V på OP:ns utgång. Istället följer Vut Vc, men ligger ca 0.2V under.
#2: Vut går inte under 1.6V.
#3: När Vut når 3.3V, vilket den gör vid Vin = 8.2V, stannar den av och blir inte större fastän Vin och Vc ökar.

Jag har dubbelkollat kopplingarna, kollat matningsspänningarna på OP:n och provat att byta OP, men inget fungerar.

Så detta har inte med optokopplaren att göra, egentligen; det är bara konverteringen från 0-4V-skalan till -10-10V-skalan som jag inte lyckas med. (Har provat att koppla sär denna konverteringskrets för sig och simulerade en 0-4V-signal in, så att optokoplaren inte är med i bilden alls. Får precis samma problem då).
Jag använder 33 och 66 Ohm på resistorerna och de är 1% metallfilmsmotstånd. Det fungerar ju i ingångssteget, när jag gör om -10-10V till 0-4V...

[jesse]

33 och 66 ohm kanske är lite för låga värden. Multiplicera med 1000 så blir strömmarna lagom stora, dvs 33k och 66k. Annars orkar inte OP:n driva strömmen (10 volt / 33Ω = 0.3A )

[patrik87]

Ah. Ja, det var det som var fel! Nu fungerar den biten!

Tyvärr är dock inte isoleringen linjär! Genom att justera R2 kan jag få 0V ut vid 0V in och typ 10V ut vid 10V in.
Men allt däremellan är skevt.

[barbarossa]

Linjärisering sköter du i Measurement and Auomation Explorer under "Scales"

[patrik87]

barbarossa:
Men hela poängen med att använda dessa analoga optokopplare var ju att de skulle vara linjära. Om jag ändå ska gå in och göra en egen skala för datorns utsignaler hade jag ju lika väl kunnat använda en vanlig optokopplare.
Jag vill ju ha en krets som fungerar så allmänt som möjligt; om jag någon gång skulle vilja använda någon annan insignal än den från datorn vill jag ju att det ska fungera.

[barbarossa]

"om jag någon gång skulle vilja använda någon annan insignal än den från datorn vill jag ju att det ska fungera"

Det är bättre att du löser sådana problem när dom kommer. Nu skall du bli klar med din motorstyrning.

//edit förtydligande

[patrik87]

Jo, det är ju klart.

Men det är något skumt som händer här;
När jag har 0V insignal har jag ändå 2.4V på min Vin (alltså även om jag helt stänger av min insignal).
Samma spänning har jag i resistornätets mittpunkt. Och där ska ju bara vara 2V när Vin = 0.
Och det händer ingenting förrens insignalen ökas och kommer över 2.4V. Alltså alla inspänningar under detta påverkar inte spänningen i mitten av resistornätet (och påverkar därmed inte resten av kretsen heller).
Detta är ju sjukt skumt, och borde ju rimligtvis påverka linjäriteten!

[jesse]

för att resistornätet ska fungera måste du alltid ha en insignal, även om den är på 0 volt.

Om du kopplar bort insignalen helt så får du en spänningsdelare mellan 5V och GND = 2.5 volt.
Däremot om du matar in en signal på 0 volt, så ska spänningen i Vin bli 2.0 volt.

Tråkigt att optokopplaren var så pass olinjär. Men jag tror det kan ha med valet av strömmar att göra. Prova att mäta spänningen över lysdiodmotståndet vid olika inspänning (-10V, 0V och +10V).. då ser du den verkliga strömmen genom lysdioden. Den kanske behöver höjas mer (dvs sänka R.led och sänka värdena på R1 och R2).

[patrik87]

jag mätte spänningen över Rf som först var 150 ohm, och fick:
Vin=10V -> I=8.3mA
Vin=0V -> I=3.8mA
Vin=-10V -> I=6.7mA

Ganska låga strömmar ju, så jag provade att byta till ett 60 ohm-motstånd. Då fick jag:
Vin=10V -> I=8.1mA
Vin=0V -> I=3.7mA
Vin=-10V -> I=4.5mA

Vilket ju inte blev så stor skillnad. Men det är ju för att spänningen över Rf minskade också.
Känns som att jag missar något. Men jag ska väl inte ändra R1 och R2? Då får jag ju inte längre ut rätt spännign från servofotodioden.