Interfaz Analog Opto


Interfaz analógica opto acoplada
Sistema de acoplamiento óptico linealizado

Ing. Daniel Alejandro Moyano
8-5-14






Indice

Resumen……………………………………………………. pag. 3
Introducción………………………………………………… pag. 3
Descripción…………………………………………………. pag. 4
Implementación……………………………………………. pag. 9
Pruebas y resultados obtenidos…………………………. pag. 10
Conclusiones………………………………………………. pag. 10Bibliografía…………………………………………………. pag. 10
Anexo


Resumen
Este trabajo desarrolla un método para proveer aislación galvánica por opto acoplamiento, entre la señal proveniente de un elemento de campo (sensor ó transmisor) y la entrada del controlador que procesará esa señal, sin afectar su estabilidad y linealidad.
Se presentarán los enfoques, conclusiones y predicciones de los desarrollos teóricos realizados, como así también las mediciones yresultados obtenidos con el prototipo.

Introducción
En ciertas aplicaciones, resulta conveniente aislar galvánicamente la señal procedente de un sensor o transmisor, de la entrada del controlador que la procesa. Esto puede ser consecuencia de necesitar trabajar con referencias diferentes, alimentaciones diferentes, brindar mayor inmunidad al ruido ambiente ó simplemente separar ambos elementos porcuestiones de protección.
La utilización de opto acopladores, con este fin, es una práctica habitual para el caso de señales binarias, donde los efectos de la variabilidad de la transconductancia del dispositivo, pueden salvarse adoptando niveles de excitación suficientes, que garanticen la reproducción de los cambios de estado de la señal. Sin embargo para señales continuas, dicha variabilidadintroducirá distorsiones que podrían afectar a la medición que se pretende realizar.
Aunque existen opto acopladores integrados linealizados tales como el IL300 ó el HCNR201, se trata de dispositivos especiales de uso no corriente, cuya obtención puede resultar difícil ó tardía. Además, en estos dispositivos, la función de transferencia no es independiente de la transconductancia, la cual aún siendo muyestable en el rango de medición, presenta un grado de variabilidad importante entre dispositivos del mismo modelo. En efecto, para el caso del IL300, por ejemplo, su valor se encuentra entre 0,65 y 1,65 lo que conlleva a la necesidad ajustes en el recambio.
El presente desarrollo, fue la respuesta a un requerimiento industrial con una necesidad de entrega de 20 días, cuando la obtención (previopago) de un dispositivo como los antes mencionados podía estar entre 60 y 90 días.
Descripción
Supongamos tener una señal acondicionada Vr, proveniente de un sensor de tipo continuo, en el rango de 0 a 10 V. Con el fin de separar galvánicamente a esta señal de la entrada de un controlador, la utilizaremos para controlar la corriente de emisor de un transistor con el que excitaremos el diodo optoacoplador, como se muestra en la figura.

La tensión de salida Vo es igual a la caída de tensión en R0 que produce la corriente Ie2.
Si consideramos la corriente de emisor Ie1 igual a la que circula por el diodo (Ie1 = Id), como la relación entre la corriente de emisor Ie2, a la salida del opto acoplador, y la del led de entrada Id, está dada por latransconductancia k:
Ie = k Id
Este coeficiente intervendrá también en la proporcionalidad entre la tensión de salida Vo y la de entrada Vr:
Vo = R0/R1 k Vr
El valor de k es muy variable en opto acopladores de uso general. En efecto para el CNY74-2/4, por ejemplo, el fabricante nos advierte que el valor de k puede encontrarse entre 0,5 y 6 (entre dos dispositivos del mismo modelo), en consecuencia, laproporcionalidad entre la tensión de salida y la de entrada podría cambiar en un factor de 12 con el reemplazo del dispositivo.
Por otra parte, el valor de k (en un mismo dispositivo) no se mantiene constante para distintos niveles de Id.
Las tablas siguientes, muestran la variación del valor de k para cuatro valores de Id, en el rango de 2,5 y 10 mA. Los ensayos se...