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光電耦合器的幾個(gè)實(shí)用技巧

目錄:解決方案星級:3星級人氣:-發(fā)表時(shí)間:2018-04-09 16:13:00
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  光耦以光信號為媒介來(lái)實(shí)現電信號的耦合與傳遞,輸入與輸出在電氣上完全隔離,具有抗干擾性能強的特 點(diǎn)。對于既包括弱電控制部分,又包括強電控制部分的工業(yè)應用測控系統,采用光耦隔離可以很好地實(shí)現弱電和強電的隔離,達到抗干擾目的。但是,使用光耦隔離需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:

 

 ?、俟怦钪苯佑糜诟綦x傳輸模擬量時(shí),要考慮光耦的非線(xiàn)性問(wèn)題;

 

 ?、诠怦罡綦x傳輸數字量時(shí),要考慮光耦的響應速度問(wèn)題;

 

 ?、廴绻敵鲇泄β室蟮脑?huà),還得考慮光耦的功率接口設計問(wèn)題。

 

 

  1:光電耦合器非線(xiàn)性的克服

 

  光電耦合器的輸入端是發(fā)光二極管,因此,它的輸入特性可用發(fā)光二極管的伏安特性來(lái)表示;輸出端是光敏三極管,因此光敏三極管的伏安特性就是它的輸出特性。由此可見(jiàn),光電耦合器存在著(zhù)非線(xiàn)性工作區域,直接用來(lái)傳輸模擬量時(shí)精度較差。

 

  解決方法之一,利用2個(gè)具有相同非線(xiàn)性傳輸特性的光電耦合器,T1和T2,以及2個(gè)射極跟隨器A1和A2組成。如果T1和T2是同型號同批次的光電耦合器,可以認為他們的非線(xiàn)性傳輸特性是完全一致的,即K1(I1)=K2(I1),則放大器的電壓增益G=Uo/U1=I3R3/I2R2=(R3/R2)[K1(I1)/K2(I1)]=R3/R2。由此可見(jiàn),利用T1和T2電流傳輸特性的對稱(chēng)性,利用反饋原理,可以很好的補償他們原來(lái)的非線(xiàn)性。

 

  另一種模擬量傳輸的解決方法,就是采用VFC(電壓頻率轉換)方式?,F場(chǎng)變送器輸出模擬量信號(假設電壓信號),電壓頻率轉換器將變送器送來(lái)的電壓信號轉換成脈沖序列,通過(guò)光耦隔離后送出。在主機側,通過(guò)一個(gè)頻率電壓轉換電路將脈沖序列還原成模擬信號。此時(shí),相當于光耦隔離的是數字量,可以消除光耦非線(xiàn)性的影響。這是一種有效、簡(jiǎn)單易行的模擬量傳輸方式。

 

  當然,也可以選擇線(xiàn)性光耦進(jìn)行設計,如高速線(xiàn)性光耦6N135/6N136。線(xiàn)性光耦一般價(jià)格比普通光耦高,但是使用方便,設計簡(jiǎn)單;隨著(zhù)器件價(jià)格的下降,使用線(xiàn)性光耦將是趨勢。

 

  2:提高光電耦合器的傳輸速度

 

  當采用光耦隔離數字信號進(jìn)行控制系統設計時(shí),光電耦合器的傳輸特性,即傳輸速度,往往成為系統最大數據傳輸速率的決定因素。在許多總線(xiàn)式結構的工業(yè)測控系統中,為了防止各模塊之間的相互干擾,同時(shí)不降低通訊波特率,我們不得不采用高速光耦來(lái)實(shí)現模塊之間的相互隔離。常用的高速光耦有6N135/6N136,6N137/6N138。但是,高速光耦價(jià)格比較高,導致設計成本提高。這里介紹兩種方法來(lái)提高普通光耦的開(kāi)關(guān)速度。由于光耦自身存在的分布電容,對傳輸速度造成影響,光敏三極管內部存在著(zhù)分布電容Cbe和Cce。由于光耦的電流傳輸比較低,其集電極負載電阻不能太小,否則輸出電壓的擺幅就受到了限制。但是,負載電阻又不宜過(guò)大,負載電阻RL越大,由于分布電容的存在,光電耦合器的頻率特性就越差,傳輸延時(shí)也越長(cháng)。

 

  用2只光電耦合器T1,T2接成互補推挽式電路,可以提高光耦的開(kāi)關(guān)速度。當脈沖上升為“1”電平時(shí),T1截止,T2導通。相反,當脈沖為“0”電平時(shí),T1導通,T2截止。這種互補推挽式電路的頻率特性大大優(yōu)于單個(gè)光電耦合器的頻率特性。

 

  此外,在光敏三極管的光敏基極上增加正反饋電路,這樣可以大大提高光電耦合器的開(kāi)關(guān)速度。通過(guò)增加一個(gè)晶體管,四個(gè)電阻和一個(gè)電容,實(shí)驗證明,這個(gè)電路可以將光耦的最大數據傳輸速率提高10倍左右。

 

  3:光耦的功率接口設計

 

  微機測控系統中,經(jīng)常要用到功率接口電路,以便于驅動(dòng)各種類(lèi)型的負載,如直流伺服電機、步進(jìn)電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點(diǎn)。工程實(shí)踐表明,提高功率接口的抗干擾能力,是保證工業(yè)自動(dòng)化裝置正常運行的關(guān)鍵。

 

  就抗干擾設計而言,很多場(chǎng)合下,既能采用光電耦合器隔離驅動(dòng),也能采用繼電器隔離驅動(dòng)。一般情況下,對于那些響應速度要求不很高的啟停操作,我們采用繼電器隔離來(lái)設計功率接口;對于響應時(shí)間要求很快的控制系統,采用光電耦合器進(jìn)行功率接口電路設計。這是因為繼電器的響應延遲時(shí)間需幾十ms,而光電耦合器的延遲時(shí)間通常都在10us之內,同時(shí)采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進(jìn)行功率驅動(dòng)接口電路設計,可以達到簡(jiǎn)化電路設計,降低散熱的目的。

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