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光耦的信号传送与性能特点

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光耦以光信號爲媒介來完成電信號的耦閤與传送,输入與输齣在電氣上完好隔離,具有抗幹擾性能强的特 點。關于既包括弱電控製部分,又包括强電控製部分的工業應用测控係统,采用光耦隔離可以很好地完成弱電和强電的隔離,抵達抗幹擾目的。運用光耦隔離需求思索以下幾個问题:

 

①光耦直接用于隔離传输模擬量時,要思索光耦的非线性问题;

 

②光耦隔離传输數字量時,要思索光耦的響應速度问题;

 

③假设输齣有功率懇求的话,還得思索光耦的功率接口设计问题。

 

1:光電耦閤器非线性的抑製

 

光電耦閤器的输入端是發光二極管,牠的输入特性可用發光二極管的伏安特性來錶示;输齣端是光敏三極管,因此光敏三極管的伏安特性就是牠的输齣特性。光電耦閤器存在着非线性工作區域,直接用來传输模擬量時精度较差。

 

處置方法之一,應用2個具有相同非线性传输特性的光電耦閤器,以及2個射極跟隨器A1和A2组成。假设T1和T2是同型號同批次的光電耦閤器,可以以爲他们的非线性传输特性是完好分歧的,即K1(I1)=K2(I1),则放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。應用T1和T2電传播输特性的對稱性,應用反響原理,可以很好的補償他们原來的非线性。

 

另一種模擬量传输的處置方法,就是采用VFC(電壓频率转换)方式。现场變送器输齣模擬量信號(假定電壓信號),電壓频率转换器將變送器送來的電壓信號转换成脈衝序列,经過光耦隔離後送齣。在主機侧,经過一個频率電壓转换電路將脈衝序列恢復成模擬信號。相當于光耦隔離的是數字量,可以消弭光耦非线性的影響。這是一種有效、简單易行的模擬量传输方式。

 

也可以選择线性光耦中止设计,例“精密线性光耦TIL300”,高速线性光耦{6N135 / 6N136}。线性光耦普通價钱比普通光耦高,運用的當时,设计简單;隨着器件價钱的降落,運用线性光耦將是趨嚮。

 

2:進步光電耦閤器的传输速度

 

當采用光耦隔離數字信號中止控製係统设计時,光電耦閤器的传输特性,即传输速度,常常成爲係统最大數據传输速率的决议要素。在许多總线式结構的工業测控係统中,爲瞭防止各模塊之间的相互幹擾,同時不降低通讯波特率,我们不得不采用高速光耦來完成模塊之间的相互隔離。常用的高速光耦有{6N135}。高速光耦價钱比较高,招緻设计本钱進步。這裏引見兩種方法來提

 

高普通光耦的開關速度。由于光耦自身存在的分佈電容,對传输速度構成影響,光敏三極管内部存在着分佈電容Cbe和Cce。由于光耦的電传播输比较低,其集電極负载電阻不能太小,否则输齣電壓的擺幅就遭到瞭限製。负载電阻又不宜過大,负载電阻RL越大,由于分佈電容的存在,光電耦閤器的频率特性就越差,传输延時也越長。

 

用2隻光電耦閤器T1,T2接成互補推挽式電路,可以進步光耦的開關速度。當脈衝上陞爲"1"電平常,T1截止,T2導通。當脈衝爲"0"電平常。這種互補推挽式電路的频率特性大大優于單個光電耦閤器的频率特性。

 

在光敏三極管的光敏基極上增加正反嚮電路,這樣可以大大進步光電耦閤器的開關速度。经過增加一個晶體管,四個電阻和一個電容,正式的證明,這個電路可以將光耦的最大數據传输速率進步10倍左右。

 

3:光耦的功率之接口设计

 

微機测控係统中,经常要用到功率接口電路,以便于驱動各種類型的负载,如步進電機、各種電磁阀等。這種接口電路普通具有帶负载纔幹强、输齣電流大、工作電壓高的特性。工程理论標明,進步功率接口的抗幹擾纔幹,是保證工業自動化裝置正常運转的關键。

 

就抗幹擾设计而言,很多场所下,既能采用光電耦閤器隔離驱動,也能采用繼電器隔離驱動。普通情况下的,關于那些響應速度懇求不很高的啟停操作,我们采用繼電器隔離來设计功率接口;關于響應時间懇求很快的控製係统,采用光電耦閤器中止功率接口電路设计。這是由于繼電器的響應延遲時间需幾十ms,而光電耦閤器的延遲時间通常都在10us之内,同時采用新型、集成度高、運用便當的光電耦閤器中止功率驱動接口電路设计,可以抵達简化電路设计,降低散熱的目的。

 

關于交流负载,可以采用光電可控硅驱動器中止隔離驱動设计。光電可控硅驱動器,特性是耐壓高,驱動電流不大,當交流负载電流较小時,可以直接用牠來驱動。當负载電流较大時,可以外接功率雙嚮可控硅。R1爲限流電阻,用于限製光電可控硅的電流;R2爲耦閤電阻,其上的分壓用于觸發功率雙嚮可控硅。當需求對输齣功率中止控製時,可以采用光電雙嚮可控硅驱動器。