變頻器電路中的光耦器件應用研究
一、電路中為什么要使用光耦器件?
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/187306.htm電氣隔離的要求。A與B電路之間,要進行信號的傳輸,但兩電路之間由于供電級別過于懸殊,一路為數(shù)百伏,另一路為僅為幾伏;兩種差異巨大的供電系統(tǒng),無法將電源共用;
A電路與強電有聯(lián)系,人體接觸有觸電危險,需予以隔離。而B線路板為人體經(jīng)常接觸的部分,也不應該將危險高電壓混入到一起。兩者之間,既要完成信號傳輸,又必須進行電氣隔離;
運放電路等高阻抗型器件的采用,和電路對模擬的微弱的電壓信號的傳輸,使得對電路的抗干擾處理成為一件比較麻煩的事情——從各個途徑混入的噪聲干擾,有可能反客為主,將有用信號“淹沒”掉;
除了考慮人體接觸的安全,又必須考慮到電路器件的安全,當光電耦合器件輸入側(cè)受到強電壓(場)沖擊損壞時,因光耦的隔離作用,輸出側(cè)電路卻能安全無恙。
以上四個方面的原因,促成了光耦器件的研制、開發(fā)和實際應用。光耦的基本作用,是將輸入、輸出側(cè)電路進行有效的電氣上的隔離;能以光形式傳輸信號;有較好的抗干擾效果;輸出側(cè)電路能在一定程度上得以避免強電壓的引入和沖擊。
二、光電耦合器件的一般屬性:
1、結(jié)構(gòu)特點:輸入側(cè)一般采用發(fā)光二極管,輸出側(cè)采用光敏晶體管、集成電路等多種形式,對信號實施電-光-電的轉(zhuǎn)換與傳輸。
2、輸入、輸出側(cè)之間有光的傳輸,而無電的直接聯(lián)系。輸入信號的有無和強弱控制了發(fā)光二極管的發(fā)光強度,而輸出側(cè)接受光信號,據(jù)感光強度,輸出電壓或電流信號。
3、輸入、輸出側(cè)有較高的電氣隔離度,隔離電壓一般達2000V以上。能對交、直流信號進行傳輸,輸出側(cè)有一定的電流輸出能力,有的可直接拖動小型繼電器。特殊型光耦器件能對毫伏,甚至微伏級交、直流信號進行線性傳輸。
4、因光耦的結(jié)構(gòu)特性,輸入、輸出側(cè)需要相互隔離的獨立供電電源,即需兩路無“共地”點的供電電源。下述一、二類光耦輸入側(cè)由信號電壓提供了輸入電流通路,但實質(zhì)上輸入信號回路,也是有一個供電支路的;而線性光耦,則輸入側(cè)與輸出側(cè)一樣,是直接接有兩種相隔離的供電電源的。
三、在變頻器電路中,經(jīng)常用到的光電耦合器件,有三種類型:
1、一種為三極管型光電耦合器,如PC816、PC817、4N35等,常用于開關(guān)電源電路的輸出電壓采樣和誤差電壓放大電路,也應用于變頻器控制端子的數(shù)字信號輸入回路。結(jié)構(gòu)最為簡單,輸入側(cè)由一只發(fā)光二極管,輸出側(cè)由一只光敏三極管構(gòu)成,主要用于對開關(guān)量信號的隔離與傳輸;
2、第二種為集成電路型光電耦合器,如6N137、HCPL2601等,輸入側(cè)發(fā)光管采用了延遲效應低微的新型發(fā)光材料,輸出側(cè)為門電路和肖基特晶體管構(gòu)成,使工作性能大為提高。其頻率響應速度比三極管型光電耦合器大為提高,在變頻器的故障檢測電路和開關(guān)電源電路中也有應用;
3、第三種為線性光電耦合器,如A7840。結(jié)構(gòu)與性能與前兩種光耦器件大有不同。在電路中主要用于對mV級微弱的模擬信號進行線性傳輸,在變頻器電路中,往往用于輸出電流的采樣與放大處理、主回路直流電壓的采樣與放大處理。
下圖為三類光耦器件的引腳、功能原理圖:
三種光耦合器電路圖
四、第一類光耦器件的測量與在線檢測:
第一類型的光電耦合器,輸入端工作壓降約為1.2V,輸入最大電流50mA,典型應用值為10 mA;輸出最大電流1A左右,因而可直接驅(qū)動小型繼電器,輸出飽合壓降小于0.4V??捎糜趲资甼Hz較低頻率信號和直流信號的傳輸。對輸入電壓/電流有極性要求。當形成正向電流通路時,輸出側(cè)兩引腳呈現(xiàn)通路狀態(tài),正向電流小于一定值或承受一定反向電壓時,輸出側(cè)兩引腳之間為開路狀態(tài)。
測量方法:
數(shù)字表二極管檔,測量輸入側(cè)正向壓降為1.2V,反向無窮大。輸出側(cè)正、反壓降或電阻值均接近無窮大;
指針表的x10k電阻檔,測其1、2腳,有明顯的正、反電阻差異,正向電阻約為幾十kΩ,反向電阻無窮大;3、4腳正、反向電阻無窮大;
兩表測量法。用指針式萬用表的x10k電阻檔(能提供15V 或9V、幾十μA的電流輸出),正向接通1、2腳(黑筆搭1腳),用另一表的電阻檔用x1k測量3、4腳的電阻值,當1、2腳表筆接入時,3、4腳之間呈現(xiàn)20kΩ左右的電阻值,脫開1、2腳的表筆,3、4腳間電阻為無窮大。
可用一個直流電源串入電阻,將輸入電流限制在10mA以內(nèi)。輸入電路接通時,3、4腳電阻為通路狀態(tài),輸入電路開路時,3、4腳電阻值無窮大。
3、4種測量方法比較準確,如用同型號光耦器件相比較,甚至可檢測出失效器件(如輸出側(cè)電阻過大)。
上述測量是新器件裝機前的必要過程。對上線不便測量的情況下,必要時也可將器件從電路中拆下,離線測量,進一步判斷器件的好壞。
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