開關(guān)量輸入輸出的隔離技術(shù)(完整版)
【正文】 T GNDX R1 R2 TLP521 基本的光隔電路（一） 圖 基本的光隔電路（ a） （ 1） 此種接法更為常用 （ 2） VCCX=+5V時， R4去掉 VCCX=+12V時， R4取 (或改用 ULN2021） VCCX=+24V時， R4取 20K(或改用 ULN2021） VCC IN1 VCC X ULN2021 R3 R4 TLP521 基本的光隔電路（二） 圖 基本的光隔電路（ b） D1~D4用于 輸入狀態(tài) 的直觀顯示， R1~R4的輸入 限流電阻 ，使用 1/4瓦電阻即可。 圖 TLP521的負(fù)載電阻對開關(guān)時間的影響 高頻脈沖的隔離 對波形要求較高的場合，應(yīng)使用高頻特性好的光隔 如 4N25(300KHZ)、 4N35(300KHZ)、 6N136(2MHZ) 4N35 6N136 光敏二極管的開關(guān)時間 通常比光敏三極管小 負(fù)載電阻越小，開關(guān)時間越短，光耦的開關(guān)速度越高。 ? 集成電路 DCDC變換器 電荷泵變壓、脈寬調(diào)制變壓、前二者的組合變壓 ? 隔離變壓器型 DCDC變換器 真正隔離 集成電路 DCDC變換器 效率高、體積小、以小電流應(yīng)用為主 (互補(bǔ)電壓： 電路生成兩個模擬 電壓 ，用一種互補(bǔ)方式可以改變這兩個電壓。 100mA MAX743的最大電流可達(dá) 177。降低振蕩頻率時泵電容的容量應(yīng)加大，加大到 100μf可保證任何振蕩頻率都能正常工作 (最低 1kHz)。 15V的 對稱電壓 ， MAX743的最大電流可達(dá) 177。器件的隔離電壓為 177。 15V電源（ 5mA） （ 3） ISO1001—— 光電耦合 隔離放大器按 傳輸信號 的類型。該電路可實(shí)現(xiàn) 1:1的隔離傳輸功能。由于實(shí)際的 RS485接收器是電壓檢測器件，由端接電阻完成電流 電壓轉(zhuǎn)換，而HCPL2300/0300是電流檢測器件，由發(fā)光二極管檢測電流，因而性能上無法完全達(dá)到 RS485的指標(biāo)，主要表現(xiàn)在通信距離有限 、接收端數(shù)目有限 通信距離不宜超過 100m 脈沖上升時間 tr、下降時間 傳輸延遲時間 tPHL、 tPLH ? 脈沖上升時間 tr、下降時間 tf： ? 光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流 IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸出脈沖前沿幅度的 10%到 90%，所需時間為 脈沖上升時間 tr。 適用：使用 RS485驅(qū)動的點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用 通信質(zhì)量最高 使用差動驅(qū)動器驅(qū)動光耦實(shí)例 差動驅(qū)動器 20mA電流環(huán)專用隔離器件 4~20mA電流驅(qū)動是工業(yè)控制中常用的信號傳輸方式 ? HCPL4100為 20mA電流環(huán)數(shù)字隔離傳輸時的專用發(fā)送器。需與數(shù)控系統(tǒng)硬件接口時， 如果本系統(tǒng)是獨(dú)立的子系統(tǒng)，則往往還需在 I/O部分再次隔離 。 OUT 0V 3 電平輸出 ? 這是一種常用的電平輸出方式。驅(qū)動小型繼電器時，必須確認(rèn)輸出電路是否已經(jīng)帶有圖中所示的續(xù)流二極管，如果沒有，則必須外加 OUT 0V VCC 5 繼電器觸點(diǎn)輸出 ? 通常為機(jī)械觸點(diǎn)輸出。 COM VCC IN INX 2 低電平輸入驅(qū)動 ? COM通常接 24V，輸入端 IN低電平時驅(qū)動發(fā)光二極管。限流電阻 R的阻值應(yīng)根據(jù)電源電壓和數(shù)控輸出的上拉電阻共同決定，原則上按光耦的發(fā)光二極管的發(fā)光電流為 10mA設(shè)計，必要時做實(shí)驗確定 R的阻值。需要更大電流時，使用 ULN2021/ULN2803或類似電路驅(qū)動是合適的 U1可以改用四路隔離光耦以增大輸出信號數(shù)目， T0~T6為輸出端 (部分信號未連接 )，最大可提供 300mA以上的驅(qū)動電流，COM通常接 +24V，如果排阻的上拉電壓不是 24V，則阻值應(yīng)相應(yīng)減小。 OUT 0V INX 圖 電平輸出時的高電平驅(qū)動 VCC VCCX R 集電極開路輸出 (或漏極開路輸出 )電路驅(qū)動繼電器是很方便的，但只能低電平時驅(qū)動。 ? 輸入信號 INX是低電平有效還是高電平有效，由輸入 IN決定。接交流負(fù)載時，必須注意允許工作電壓與允許工作電流。輸出電流可能不大，但低電平輸出時，一般能保證 20mA以上。 從節(jié)能角度看，使用較低的電源電壓更利于節(jié)能，但數(shù)控系統(tǒng)的主要能源消耗是動力系統(tǒng)，而不是控制系統(tǒng)，因此很少有控制系統(tǒng)將電源電壓降為 12V或更低電壓的 (高頻脈沖信號和通信信號除外 )。隔離電壓可達(dá) 3750V(有效值 )一分鐘。 ? 傳輸延遲時間 tPHL、 tPLH： ? 光耦合器在規(guī)定工作條件下，發(fā)光二極管輸入規(guī)定電流 IFP的脈沖波，輸出端管則輸出相應(yīng)的脈沖波，從輸入脈沖前沿幅度的 50%
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