開關量輸出通道

1、開關量輸出通道第1頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三 一.開關量輸出通道的結構與特點開關量輸出通道一般結構如下圖所示：1)輸出鎖存:當對生產過程進行控制時，控制量往往需要保持，直到輸出新的控制量，所以，每次輸出的控制量就需要保存（鎖存）。輸出鎖存器可用可編程接口電路8255，也可用簡單接口電路如244，273，373等來實現。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三2)數字隔離: 在輸出通道中，為防止現場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到CPU系統(tǒng)中，一般需要采用通道隔離技術。（光-電隔離技術） 使用光電隔離器時，要注意以下4點：第3頁，共28頁，

2、2022年，5月20日，9點14分，星期三當光電隔離器導通時，必須輸入足夠大的導通電流，使發(fā)光二極管發(fā)出的光使輸出端動作。光電隔離器只能通過一定頻率以下的脈沖信號。因此，在高頻信號傳輸中要選擇通過頻率比較高的光電隔離器光電隔離器輸出端的灌電流不能太大，否則可能使輸出端擊穿，導致光電隔離器的損壞，因而在光電隔離器與被控對象之間要加驅動電路。利用光電隔離器實現控制通道的隔離時，用于驅動發(fā)光二極管的電源與驅動光敏管的電源不應是共地的電源，否則外部干擾可能通過地線串到CPU中去，這樣就失去了隔離作用。 解決的方法有兩個：即在光電隔離的兩側分別使用不同的電源，也可用DC-DC變換的方法往輸出端提供一個與

3、光隔輸入端隔離的電源。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三3)輸出驅動:要把計算機輸出的微弱數字信號轉換成能對生產過程進行控制的驅動信號，關鍵在于輸出通道中的功率驅動電路。根據現場開關器件功率的不同，可有多種數字量驅動電路的構成方式。第5頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三總的來看輸出通道的特點1)小信號輸出，大功率控制。2)D/A轉換。3)輸出通道距干擾源近，干擾大。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三 二.數字隔離器件光耦合隔離器件（小功率驅動接口）1）電路原理光耦合器件是一種常用的以光為媒介傳輸信號的電路，如下圖所示：第

4、7頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三圖（a）是它的結構，圖中發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在同一個管殼內，發(fā)光二極管的作用是將電信號變?yōu)楣庑盘?，光敏三極管接收光信號，再將它轉變?yōu)殡娦盘?。圖（b）是它的輸入特性。圖（）是它的輸出特性。（伏安特性）第8頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三2） 光耦合器件特點：輸出信號與輸入信號沒有公共地,在電氣上完全隔離.無觸點，壽命長，可靠性高。響應速度快，易與TTL電路配合使用。3）光耦合器驅動接口光耦合器4N25的接口電路第9頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三2.電磁繼電器隔離器件（中功率驅動接口）

5、1）電路原理繼電器工作原理圖繼電器隔離器件主要是采用電磁式繼電器組成的電路來完成。它是由小電流的通斷控制大電流的通斷的常用的開關控制器件。當它的電磁線圈Y通過一定數值的電流時，使輸出回路中的常開觸點閉合，常閉觸點打開。Y第10頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三2）電磁繼電器的接口電路繼電器動作時，對電源有一定的干擾，為了提高單片機系統(tǒng)的可靠性，在單片機和繼電器、接觸器之間都用光耦合器隔離。直流繼電器接口第11頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三3.固態(tài)繼電器隔離器件（大功率驅動接口）1）電路原理 固態(tài)繼電器結構框圖a)外部接線圖b)內部結構圖固態(tài)繼電器

6、(SSR)是一種無觸點通斷功率型電子開關。它即有放大作用又有隔離作用，適合于驅動大功率管式執(zhí)行器件。 SSR是一個四端有源器件，其中二端為輸入控制端，輸入功耗很低，與TTL電路兼容；另外二端是輸出端，內部設有輸出保護電路。第12頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三2)固態(tài)繼電器的接口電路 根據負載端所加電壓的不同，SSR可分為直流型和交流型兩種，如果是單向直流固態(tài)繼電器（DC SSR）的輸出端與直流負載匹配；如果是雙向交流固態(tài)繼電器（AC SSR）的輸出端與交流負載匹配。輸入電路和輸出電路之間采用光電隔離，絕緣電壓可達2500V以上幾種基本的SSR輸入端驅動方式a)觸點控制

7、b)TTL驅動c)CMOS驅動第13頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三AC SSR又分為二種類型過零觸發(fā)型（Z型），過零觸發(fā)型在輸入信號有效后,必須在負載電源電壓過零時才接通輸出端的負載電源,當輸入端的控制信號撤消后,必須等到交流負載電源電壓的過零時刻才能斷開輸出端的負載電源,具有零電壓開啟，零電流關斷特性，使用中對電網污染小，但它的輸入端施加控制電壓后，要等交流電壓過零輸出時才能導通，這有可能造成最大為半個市電周期的延遲。第14頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三隨機開啟型輸入端施加控制電壓后輸出端立即導通。在輸入電壓撤消后，當負載電流低于雙向可控硅

8、的維持電流時，SSR輸出才關斷。大功率負載的隨機開啟有可能對電網造成污染，導致局部供電系統(tǒng)波形的變形。隨機開啟型（P型非過零型）： SSR的輸入控制：第15頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三例1）輸入端4接低電平，輸入端3接控制信號，控制信號為高電平則SSR導通，控制信號為低電平則SSR關斷。SSR的輸入電路與TTL，CMS電路兼容，輸入控制十分方便，任何可以給出TTL電平的開關電路都可以用來驅動SSR，例如晶體管開關電路，按鈕開關電路及各種電源為+5V的TTL或CMS熟數字邏輯IC卡。例如下圖所示：第16頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三例2）輸入

9、端3接正電源，輸入端4接控制信號，控制信號為高電平則SSR關斷，控制信號為低電平則SSR導通。第17頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三SSR的輸出負載：小電流負載 由于SSR內部除去輸入電路外的所有其它電路都是由輸出端供電的，因此即使在輸出端關斷情況下， SSR仍維持一個關斷狀態(tài)電流，為了使負荷可靠地關斷，流過負載的開啟電流至少應該是SSR關斷狀態(tài)電流的10倍。如果負載電流低于這個值，負載上需要并聯(lián)一個電阻，以提高開啟電流的數值。第18頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三 電感式負載 對于電感式負載，當SSR關斷時，因為流過電感式負載的電流不能突變，有

10、可能在電感二端產生很高的感應電壓，導致SSR輸出電路被燒壞，必須用續(xù)流二極管（直流負載）或壓敏電阻（交流負載）保護SSR的安全。如果負載為直流電感式，應當使用DC SSR，負載上并聯(lián)續(xù)流二極管保護SSR如下圖所示：第19頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三如果負載為直流電感式而負載電源為交流電源，可外接整流全橋將其變?yōu)橹绷?。如下圖所示：如果負載為交流電感式，必須使用AC SSR， SSR的輸出端并聯(lián)壓敏電阻以保護SSR。如下圖所示：第20頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三壓敏電阻的閥值電壓可按電源電壓的有效值1.61.9倍選取。壓敏電阻不但為電感式負載

11、的感應電流提供了一個通路，而且可以避免工頻市電電源夾雜的尖蜂電壓施加在SSR的輸出端。工頻市電電源夾雜的尖蜂電壓是很頻繁的，它雖然寬度很窄，但幅度有高有低，高的可達千伏。當尖蜂電壓的幅度超過了SSR的阻端電壓或其變化速度超出了SSR在關閉狀態(tài)下的d v/d t特性容限時，就會使SSR在沒有選通的情況下開啟，造成執(zhí)行機構的誤動作。第21頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三第22頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三3)固態(tài)繼電器應用實例下圖為單片機通過固態(tài)繼電器驅動小功率交流電動機的典型應用實例。小功率交流電動機的控制第23頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三單片機通過固態(tài)繼電器驅動大功率交流電動機的典 型應用實例。大功率交流電動機的控制第24頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14分，星期三用光敏電阻和SSR控制路燈開關如下圖所示光控路燈開關示意圖第25頁，共28頁，2022年，5月20日，9點14