光耦以光信号为前言来完成电信号的耦合与传递,输入与输出在电气上彻底阻隔,具有抗搅扰功能强的特 点。关于既包含弱电操控部分,又包含强电操控部分的工业运用测控体系,选用光耦阻隔能够很好地完成弱电和强电的阻隔,到达抗搅扰意图。可是,运用光耦阻隔需求考虑以下几个问题:
①光耦直接用于阻隔传输模拟量时,要考虑光耦的非线性问题;
②光耦阻隔传输数字量时,要考虑光耦的呼应速度问题;
③假如输出有功率要求的话,还得考虑光耦的功率接口规划问题。
1:光电耦合器非线性的战胜
光电耦合器的输入端是发光二极管,因而,它的输入特性可用发光二极管的伏安特性来标明;输出端是光敏三极管,因而光敏三极管的伏安特性便是它的输出特性。由此可见,光电耦合器存在着非线性作业区域,直接用来传输模拟量时精度较差。
解决方法之一,运用2个具有相同非线性传输特性的光电耦合器,T1和T2,以及2个射极跟从器A1和A2组成。假如T1和T2是同类型同批次的光电耦合器,能够以为他们的非线性传输特性是彻底一致的,即K1(I1)=K2(I1),则放大器的电压增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可见,运用T1和T2电流传输特性的对称性,运用反应原理,能够很好的补偿他们本来的非线性。
另一种模拟量传输的解决方法,便是选用VFC(电压频率转化)方法。现场变送器输出模拟量信号(假定电压信号),电压频率转化器将变送器送来的电压信号转化成脉冲序列,经过光耦阻隔后送出。在主机侧,经过一个频率电压转化电路将脉冲序列还原成模拟信号。此刻,相当于光耦阻隔的是数字量,能够消除光耦非线性的影响。这是一种有用、简略易行的模拟量传输方法。
当然,也能够挑选线性光耦进行规划,如精细线性光耦TIL300,高速线性光耦6N135/6N136。线性光耦一般价格比一般光耦高,可是运用方便,规划简略;跟着器材价格的下降,运用线性光耦将是趋势。
2:进步光电耦合器的传输速度
当选用光耦阻隔数字信号进行操控体系规划时,光电耦合器的传输特性,即传输速度,往往成为体系最大数据传输速率的决定因素。在许多总线式结构的工业测控体系中,为了避免各模块之间的彼此搅扰,一起不下降通讯波特率,咱们不得不选用高速光耦来完成模块之间的彼此阻隔。常用的高速光耦有6N135/6N136,6N137/6N138。可是,高速光耦价格比较高,导致规划本钱进步。这儿介绍两种方法来提
高一般光耦的开关速度。由于光耦本身存在的分布电容,对传输速度形成影响,光敏三极管内部存在着分布电容Cbe和Cce。由于光耦的电流传输比较低,其集电极负载电阻不能太小,不然输出电压的摆幅就受到了约束。可是,负载电阻又不宜过大,负载电阻RL越大,由于分布电容的存在,光电耦合器的频率特性就越差,传输延时也越长。
用2只光电耦合器T1,T2接成互补推挽式电路,能够进步光耦的开关速度。当脉冲上升为“1”电平常,T1截止,T2导通。相反,当脉冲为“0”电平常,T1导通,T2截止。这种互补推挽式电路的频率特性大大优于单个光电耦合器的频率特性。
此外,在光敏三极管的光敏基极上添加正反应电路,这样能够大大进步光电耦合器的开关速度。经过添加一个晶体管,四个电阻和一个%&&&&&%,试验证明,这个电路能够将光耦的最大数据传输速率进步10倍左右。
3:光耦的功率接口规划
微机测控体系中,常常要用到功率接口电路,以便于驱动各种类型的负载,如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口电路一般具有带负载才能强、输出电流大、作业电压高的特色。工程实践标明,进步功率接口的抗搅扰才能,是确保工业自动化设备正常运转的要害。
就抗搅扰规划而言,许多场合下,既能选用光电耦合器阻隔驱动,也能选用继电器阻隔驱动。一般情况下,关于那些呼应速度要求不很高的启停操作,咱们选用继电器阻隔来规划功率接口;关于呼应时刻要求很快的操控体系,选用光电耦合器进行功率接口电路规划。这是由于继电器的呼应延迟时刻需几十ms,而光电耦合器的延迟时刻一般都在10us之内,一起选用新式、集成度高、运用方便的光电耦合器进行功率驱动接口电路规划,能够到达简化电路规划,下降散热的意图。
关于沟通负载,能够选用光电可控硅驱动器进行阻隔驱动规划,例如TLP541G,4N39。光电可控硅驱动器,特色是耐压高,驱动电流不大,当沟通负载电流较小时,能够直接用它来驱动。当负载电流较大时,能够外接功率双向可控硅。其间,R1为限流电阻,用于约束光电可控硅的电流;R2为耦合电阻,其上的分压用于触发功率双向可控硅。当需求对输出功率进行操控时,能够选用光电双向可控硅驱动器,例如MOC3010。