Optocoupleurs : Tout ce que vous devez savoir sur leur fonctionnement et leur durée de vie !

Optocoupleurs : Le secret de l’isolation électrique ! Découvrez leur fonctionnement et astuces pour une durée de vie optimale

Introduction

Les optocoupleurs sont des composants électroniques largement utilisés pour transmettre des signaux électriques tout en assurant une isolation électrique entre les circuits. Dans cet article, nous vous présenterons en détail le fonctionnement des optocoupleurs, leurs caractéristiques électriques et les facteurs influençant leur durée de vie et fiabilité.

Définition des Optocoupleurs

Les optocoupleurs, également connus sous le nom d’opto-isolateurs, sont des dispositifs électroniques composés d’une LED infrarouge et d’un phototransistor ou d’une photodiode. Ils sont conçus pour transmettre des signaux électriques entre deux circuits distincts tout en fournissant une isolation électrique entre eux. Cette isolation électrique protège les composants sensibles ou les circuits basse tension des interférences ou des surtensions potentielles du circuit haute tension ou secteur.

Symbole de l’optocoupleur

Types Optocoupleurs:

Principe de fonctionnement des Optocoupleurs

Le principe de fonctionnement des optocoupleurs repose sur la conversion successive de courant électrique en lumière infrarouge, puis à nouveau en courant électrique.

1. L’émetteur (LED infrarouge) est activé en faisant passer un courant à travers elle. Lorsqu’elle est excitée par le courant, elle émet de la lumière infrarouge.
2. La lumière infrarouge émise par la LED est captée par le récepteur (phototransistor ou photodiode) placé en face de la LED dans un boîtier opaque à la lumière ambiante.
3. La lumière incidente sur le phototransistor ou la photodiode modifie son niveau de conductivité, le rendant passant ou bloquant le courant en fonction de la quantité de lumière reçue.
4. Le courant de sortie du phototransistor (ou de la photodiode) est ensuite utilisé pour transmettre le signal vers le circuit récepteur, tout en assurant une isolation électrique entre le circuit émetteur et le circuit récepteur.

Grâce à ce principe, les optocoupleurs sont capables de transmettre des signaux de façon électriquement isolée, ce qui les rend très utiles dans de nombreuses applications.

Caractéristiques électriques des Optocoupleurs

Les optocoupleurs se caractérisent par leurs composants internes, à savoir la LED infrarouge et le phototransistor (ou photodiode).

Caractéristiques électriques de la LED infrarouge:

La LED infrarouge présente des caractéristiques similaires à celles d’une LED classique. Les principales caractéristiques à considérer sont le courant maximum qu’elle peut supporter (typiquement de l’ordre de 50 mA) et la tension de seuil nécessaire pour activer la LED (Vf). Il est important de ne pas dépasser le courant maximal admissible pour éviter d’endommager la LED.

Caractéristiques électriques du phototransistor:

Le phototransistor est le récepteur de lumière dans l’optocoupleur. Il possède des caractéristiques telles que le courant maximum qu’il peut supporter, le courant de fuite (dark current), et la puissance qu’il peut dissiper. Contrairement aux transistors classiques, le phototransistor n’a pas de courant de base, car la lumière infrarouge provenant de la LED joue le rôle de la base.

Le rôle du CTR (Current Transfer Ratio) dans l’optocoupleur

Le CTR (Current Transfer Ratio) est un paramètre essentiel des optocoupleurs. Il représente le rapport entre le courant de sortie du phototransistor et le courant traversant la LED. Par exemple, un CTR de 50 % signifie que pour 1 mA de courant dans la LED, le courant dans le phototransistor sera de 0,5 mA.

Le CTR n’est pas constant et peut varier en fonction du courant dans la LED, de la température et d’autres facteurs. Une marge sur le CTR est souvent utilisée pour assurer le bon fonctionnement du circuit même lorsque le CTR diminue au fil du temps.

Durée de vie et fiabilité

La durée de vie et la fiabilité des optocoupleurs dépendent de plusieurs facteurs, tels que les conditions d’utilisation, les courants appliqués, les températures de fonctionnement, et les environnements dans lesquels ils sont utilisés.

Pour prolonger la durée de vie d’un optocoupleur et assurer sa fiabilité sur le long terme, il est recommandé de suivre les bonnes pratiques suivantes :

• Alimenter la LED avec un courant faible : En réduisant le courant dans la LED, on limite son usure et on prolonge sa durée de vie.
• Éviter une tension élevée entre la LED et le phototransistor : Une tension excessive peut entraîner des dégradations dans l’optocoupleur, il est donc important de maintenir une tension adéquate.
• Éviter les environnements trop chauds : La température peut affecter la fiabilité des composants électroniques. Il est donc préférable de maintenir l’optocoupleur dans une plage de température appropriée pour éviter les dommages thermiques.

Utilisation et applications

Ils sont utilisés dans une variété d’applications, notamment :

• Alimentations à découpage : Ils sont largement utilisés pour la régulation de la tension de sortie dans les alimentations à découpage pour fournir une isolation électrique.
• Transmission de données numériques isolées : ils sont utilisés pour isoler les signaux numériques entre différents systèmes, offrant ainsi une protection contre les interférences et les surtensions potentielles.
• Pilotage de charges secteur à partir de circuits basse tension : Ils sont fréquemment utilisés pour piloter des charges alimentées par le secteur (AC) à partir de circuits basse tension, tels que dans les systèmes de commande de moteurs, les gradateurs de lumière, etc.

Tension d’isolation et choix de l’optocoupleur

Lorsque l’application nécessite une isolation renforcée entre une partie basse tension et une partie haute tension (par exemple, le secteur), il est essentiel de choisir un optocoupleur avec une isolation adéquate. La tension d’isolation (VIORM) doit être adaptée aux exigences spécifiques de l’application pour assurer une isolation sécurisée.

Optocoupleurs en commutation

Ils peuvent être utilisés en commutation pour des applications en tout ou rien. La vitesse de commutation dépend de la vitesse d’ouverture et de fermeture du phototransistor. ces composants plus rapides existent pour la transmission de données numériques à haut débit.

Exemples d’optocoupleurs courants et recommandations

Quelques modèles populaires d’optocoupleurs sont disponibles sur le marché, tels que le 4N35, PC817, TCLT100, SFH6156, etc. Le choix de ce composant dépendra des spécifications et des besoins de l’application spécifique.

Voici quelques Optocoupleurs selon vos besoin sur votre projet :

Analyse par rayons X et microsection des Optocoupleurs

L’analyse par rayons X et microsection des optocoupleurs permet de détecter des défaillances potentielles telles que des mauvais contacts de “bonding”, de l’oxydation ou des intermétalliques défectueux à l’intérieur du composant. Ces analyses sont essentielles pour assurer la qualité et la fiabilité des optocoupleurs.

Vidéo descriptif sur fonctionnement d’optocoupleur (ex : module PC817 )

Conclusion

Les optocoupleurs sont des composants essentiels pour transmettre des signaux en assurant une isolation électrique. Leur durée de vie et fiabilité dépendent de nombreux facteurs, et en suivant les bonnes pratiques de conception, on peut prolonger leur fonctionnement de manière fiable pendant des décennies. L’analyse par rayons X et microsection peut être utilisée pour détecter les défaillances potentielles. ils offrent une solution efficace et sûre pour de nombreuses applications électroniques.

Lien outilles

1. Pour plus d’informations sur les optocoupleurs : https://www.moussasoft.com/categorie-produit/circuits_integres/optocoupleur
2. Pour plus d’articles : https://www.moussasoft.com/tutoriels-electroniques
3. Twitter: Moussa Lhoussaine (@Moussasoft_com) / Twitter