Les optocoupleurs

Pour certaines applications, nous souhaitons avoir une isolation galvanique entre différentes parties du circuit. C'est à dire de supprimer le lien purement électrique entre les parties.

Considérons le circuit suivant comportant un transistor commandé par un signal Ve.

Si par malheur notre transistor est grillé, il y a un risque pour que le circuit de puissance soit injecté dans le circuit de commande entre le drain et la gate du transistor.

La tension VCC peut aller dans le signal Ve et abîmer le circuit en amont. Pour cela nous voulons donc ajouter une isolation. Il existe un composant qui permet de le faire : l'optocoupleur.

Nous pouvons scinder l'optocoupleur en 2 parties :

• Un émetteur

• Un phototransistor

Du coté de l'émetteur, nous avons une LED généralement dans le domaine de l'infrarouge.

De l'autre coté, un phototransistor qui se comporte comme un transistor lorsqu'il est soumis à un rayon lumineux. Le rayon lumineux rend passant le courant entre le collecteur et l'émetteur du transistor.

Le schéma de principe d’utilisation de l'optocoupleur utilisé avec un transistor est le suivant :

Nous allons donc réaliser le dimensionner de cette interface.

La documentation nous indique que le phototransistor laisse passer un courant de 4 mA quand un courant de 10 mA parcourt la LED.
Nous allons donc dimensionner les résistances de telle sorte que ces courants soient respectés

Commençons par le courant dans la LED. Il s'agit d'une loi d'Ohm mais il nous faut connaître la chute de tension aux bornes de la LED : la documentation nous indique une chute de tension entre 0.8 et 1.5 V.
Nous prendrons la valeur la plus critique, à savoir 1.5V.

Avec $I_{LED}~=~10~mA$

$$ R_1 = \frac{V_e-V_d}{I_{LED}} = \frac{5 - 1.5}{ 10 \cdot 10^{-3}} = 350 \Omega$$

Nous prendrons la valeur normalisée la plus proche au dessus, à savoir $390 \Omega$

Nous allons ensuite dimensionner la résistance entre notre alimentation VCC et le collecteur de notre optocoupleur.
Il nous faut connaître le courant maximal : la datasheet nous indique un courant de $100~~mA$, nous prendrons $10\%$ de cette valeur. ^[1]

Maintenant que nous avons notre valeur de courant ($10~mA$), nous pouvons déterminer la résistance :

$$ R_2 = \frac{Vcc}{I_{collecteur}} = \frac{12}{0.01} = 1200 \Omega$$

Il ne nous reste plus qu'à fixer la valeur de notre résistance $R_3$.

Il nous faut connaître cette fois ci la tension maximale et minimale de commutation de notre transistor MOS : la tension $V_{GSth}$

Dans notre cas, elle vaut minimum $2.5V$ et au maximum, elle est de $20V$. Nous pouvons donc considérer que le transistor sera totalement passant à partir de 5V. La résistance $R_2$ et $R_3$ forment un pont diviseur de tension sur la grille du MOSFET, ainsi :

$$ V_{GS} = \frac{R_3}{R_2+R_3}\cdot V_{CC}$$

En fixant $R2$ à $1.2k\Omega$ et $R2$ à $1k\Omega$, nous obtenons une tension $V_{GS}$ valant $5.45V$ ^[2] :

$$ V_{GS} = \frac{1}{1+1.2}\cdot 12 = 5.45V$$

La résistance $R4$ représente quant à elle la charge que commande le MOSFET (relais, moteur...) : Nous obtenons donc le schéma suivant :

Application avec la carte CREPP.io

Voici le schéma d'application du transistor :

Application avec la carte CREPP.io

Voici le schéma d'application du transistor :