變頻器電路中的光耦器件應(yīng)用研究

一、電路中為什么要使用光耦器件?

　　電氣隔離的要求。A與B電路之間，要進(jìn)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(qiáng)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(yīng)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(jìn)行電氣隔離;

　　運(yùn)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(dāng)光電耦合器件輸入側(cè)受到強(qiáng)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(shí)際應(yīng)用。光耦的基本作用，是將輸入、輸出側(cè)電路進(jìn)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(qiáng)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(diǎn)：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(shí)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(qiáng)弱控制了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，而輸出側(cè)接受光信號，據(jù)感光強(qiáng)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(dá)2000V以上。能對交、直流信號進(jìn)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(jìn)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(dú)立供電電源，即需兩路無“共地”點(diǎn)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(shí)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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。可用于幾十kHz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(dāng)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(dāng)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(zhǔn)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(jī)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(jìn)一步判斷器件的好壞。