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光電隔離技術(shù)詳解

作者: 時間:2013-05-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
微機(jī)有多個輸入埠,接收來自遠(yuǎn)處現(xiàn)場設(shè)備傳來的狀態(tài)信號,微機(jī)對這些信號處理后,輸出各種控制信號去執(zhí)行相應(yīng)的操作。在現(xiàn)場環(huán)境較惡劣時,會存在較大的雜訊干擾,若這些干擾隨輸入信號一起進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng),會使控制準(zhǔn)確性降低,產(chǎn)生誤動作。因而,可在微機(jī)的輸入和輸出端,用光耦作介面,對信號及雜訊進(jìn)行隔離。典型的光電耦合電路如圖6所示。該電路主要應(yīng)用在“A/D轉(zhuǎn)換器”的數(shù)位信號輸出,及由CPU發(fā)出的對前向通道的控制信號與類比電路的介面處,從而實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)間信號通路相聯(lián)的同時,在電氣通路上相互隔離,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)將類比電路和數(shù)位電路相互隔離,起到抑制交叉串?dāng)_的作用。

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  圖六 光電耦合器接線原理

  對于線性類比電路通道,要求光電耦合器必須具有能夠進(jìn)行線性變換和傳輸?shù)奶匦?,或選擇對管,采用互補(bǔ)電路以提高線性度,或用V/F變換后再用數(shù)位光耦進(jìn)行隔離。

  功率驅(qū)動電路中的

  在微機(jī)控制系統(tǒng)中,大量應(yīng)用的是開關(guān)量的控制,這些開關(guān)量一般經(jīng)過微機(jī)的I/O輸出,而I/O的驅(qū)動能力有限,一般不足以驅(qū)動一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件,需加接驅(qū)動介面電路,為避免微機(jī)受到干擾,須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路,電壓較高,電流較大,不易與微機(jī)直接相連,可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號與可控硅觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。電路實(shí)例如圖7所示。

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  圖七 雙向可控硅(晶閘管)

  在馬達(dá)控制電路中,也可采用光耦來把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。馬達(dá)靠MOSFET或IGBT功率管提供驅(qū)動電流,功率管的開關(guān)控制信號和大功率管之間需隔離放大級。在光耦隔離級—放大器級—大功率管的連接形式中,要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑制。

遠(yuǎn)距離的隔離傳送

  在電腦應(yīng)用系統(tǒng)中,由于測控系統(tǒng)與被測和被控設(shè)備之間不可避免地要進(jìn)行長線傳輸,信號在傳輸過程中很易受到干擾,導(dǎo)致傳輸信號發(fā)生畸變或失真;另外,在通過較長電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間,常因設(shè)備間的地線電位差,導(dǎo)致地環(huán)路電流,對電路形成差模干擾電壓。為確保長線傳輸?shù)目煽啃裕刹捎霉怆婑詈细綦x措施,將2個電路的電氣連接隔開,切斷可能形成的環(huán)路,使他們相互獨(dú)立,提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。若傳輸線較長,現(xiàn)場干擾嚴(yán)重,可通過兩級光電耦合器將長線完全“浮置”起來,如圖8所示。

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  圖八 傳輸長線的光耦浮置處理

  長線的“浮置”去掉了長線兩端間的公共地線,不但有效消除了各電路的電流經(jīng)公共地線時所產(chǎn)生雜訊電壓形成相互竄擾,而且也有效地解決了長線驅(qū)動和阻抗匹配問題;同時,受控設(shè)備短路時,還能保護(hù)系統(tǒng)不受損害。

  過零檢測電路中的

  零交叉,即過零檢測,指交流電壓過零點(diǎn)被自動檢測進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)動信號,使電子開關(guān)在此時刻開始開通?,F(xiàn)代的零交叉技術(shù)已與光電耦合技術(shù)相結(jié)合。圖9為一種單片機(jī)數(shù)控交流調(diào)壓器中可使用的過零檢測電路。

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  圖九 過零檢測

  220V交流電壓經(jīng)電阻R1限流后直接加到2個反向并聯(lián)的光電耦合器GD1,GD2的輸入端。在交流電源的正負(fù)半周,GD1和GD2分別導(dǎo)通,U0輸出低電平,在交流電源正弦波過零的瞬間,GD1和GD2均不導(dǎo)通,U0輸出高電平。該脈沖信號經(jīng)反閘整形后作為單片機(jī)的中斷請求信號和可控矽的過零同步信號。

  注意事項(xiàng)

 ?。?)在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源,若兩端共用一個電源,則光電耦合器的隔離作用將失去意義。

 ?。?)當(dāng)用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時,必須對所有的信號(包括數(shù)位量信號、控制量信號、狀態(tài)信號)全部隔離,使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系,否則這種隔離是沒有意義的。



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