포토커플러(PhotoCoupler)

포토커플러(Photo Coupler)는 입력 전기 신호와 출력 전기 신호를 빛으로 전달하는 역할을 한다. 발광 다이오드(LED)와 포토트랜지스터 또는 포토다이오드로 구성되며, LED가 빛을 방출하면 수광 소자가 이를 감지해 전기 신호로 변환한다. 이로써 전기적 절연이 이루어져 고전압 회로와 저전압 회로 간의 안전한 신호 전송이 가능하다.

포토커플러의 일반적 특징은 입력과 출력 간의 전기적 절연이 보장되어 서로 다른 전위 차를 가진 두 회로의 신호 전달에 활용된다는 점이다. 출력은 입력으로의 역방향 신호가 없으므로 단방향 전달이 안정적이다. 응답 속도는 일반용은 수 마이크로초대, 고속용은 수 나노초대의 속도를 제공한다. 소형 패키지로 제공되어 높은 실장 밀도를 구현할 수 있으며, 구성 요소의 반영구적 수명과 잡음에 강한 특성도 갖춘다.

포토커플러의 출력단 형태로는 싱글 트랜지스터(Single TR), 달링턴 트랜지스터(Darlington TR), 로직 IC(Login IC) 등이 있다. 싱글 트랜지스터는 범용으로 널리 사용되며 CTR에 따라 분류되고 AC 및 DC 입력 타입으로 구분된다. 달링턴 트랜지스터는 저전류 입력으로 높은 출력 전류를 얻을 수 있어 C-MOS IC와의 인터페이스가 용이하지만 스위칭 속도는 느리다. 로직 IC는 출력 효율은 낮지만 고속 스위칭이 요구되는 TTL 인터페이스에 적합하다.

포토커플러의 구조는 발광 소자와 수광 소자 사이에 고절연 물질을 넣어 광학적으로 연결한 형태이며, 절연 트랜스나 전자 릴레이를 대체하는 역할을 수행한다. 동작은 LED가 빛을 방출하고 수광 소자가 이를 받아들여 전기 신호로 변환되는 방식으로, 트랜지스터와 유사하게 작동하되 베이스 전류 대신 IRED 광 출력을 신호로 활용한다.

포토커플러의 기본 파라미터로는 절대 정격(Absolute Maximum Ratings)이 있으며, 입력 및 출력 단의 전류, 전압, 전력 손실과 온도 조건을 포함한다. 절연 전압(Viso)은 입력과 출력 간의 절연 정도를 나타내는 중요한 특성이다. 연속 순방향 전류(IF), 역전압(VR), 전력 소모(Pc), 콜렉터-에미터 파괴 전압(VCEO), 에미터-콜렉터 전압(VECO), 콜렉터 전류(IC) 등이 주요 항목으로 정의된다.