開關(guān)量輸出通道

開關(guān)量輸出通道第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一.開關(guān)量輸出通道的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)開關(guān)量輸出通道一般結(jié)構(gòu)如下圖所示：1)輸出鎖存:當(dāng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制時(shí)，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(jiǎn)單接口電路如244，273，373等來實(shí)現(xiàn)。第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)數(shù)字隔離:在輸出通道中，為防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)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(shù)。（光-電隔離技術(shù)）使用光電隔離器時(shí)，要注意以下4點(diǎn)：第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①當(dāng)光電隔離器導(dǎo)通時(shí)，必須輸入足夠大的導(dǎo)通電流，使發(fā)光二極管發(fā)出的光使輸出端動(dòng)作。②光電隔離器只能通過一定頻率以下的脈沖信號(hào)。因此，在高頻信號(hào)傳輸中要選擇通過頻率比較高的光電隔離器③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(dǎo)致光電隔離器的損壞，因而在光電隔離器與被控對(duì)象之間要加驅(qū)動(dòng)電路。④利用光電隔離器實(shí)現(xiàn)控制通道的隔離時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電源與驅(qū)動(dòng)光敏管的電源不應(yīng)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(gè)：即在光電隔離的兩側(cè)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(gè)與光隔輸入端隔離的電源。第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3)輸出驅(qū)動(dòng):①要把計(jì)算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，關(guān)鍵在于輸出通道中的功率驅(qū)動(dòng)電路。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)器件功率的不同，可有多種數(shù)字量驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成方式。第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總的來看輸出通道的特點(diǎn)1)小信號(hào)輸出，大功率控制。

2)D/A轉(zhuǎn)換。

3)輸出通道距干擾源近，干擾大。第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二.數(shù)字隔離器件光耦合隔離器件（小功率驅(qū)動(dòng)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(hào)的電路，如下圖所示：第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖（a）是它的結(jié)構(gòu)，圖中發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在同一個(gè)管殼內(nèi)，發(fā)光二極管的作用是將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，光敏三極管接收光信號(hào)，再將它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。圖（b）是它的輸入特性。圖（ｃ）是它的輸出特性。（伏安特性）第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）光耦合器件特點(diǎn)：①輸出信號(hào)與輸入信號(hào)沒有公共地,在電氣上完全隔離.②無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可靠性高。③響應(yīng)速度快，易與TTL電路配合使用。3）光耦合器驅(qū)動(dòng)接口光耦合器4N25的接口電路第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電磁繼電器隔離器件（中功率驅(qū)動(dòng)接口）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(guān)控制器件。當(dāng)它的電磁線圈Y通過一定數(shù)值的電流時(shí)，使輸出回路中的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。Y第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）電磁繼電器的接口電路繼電器動(dòng)作時(shí)，對(duì)電源有一定的干擾，為了提高單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，在單片機(jī)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(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.固態(tài)繼電器隔離器件（大功率驅(qū)動(dòng)接口）1）電路原理固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)框圖

a)外部接線圖b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖固態(tài)繼電器(SSR)是一種無觸點(diǎn)通斷功率型電子開關(guān)。它即有放大作用又有隔離作用，適合于驅(qū)動(dòng)大功率管式執(zhí)行器件。

SSR是一個(gè)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(nèi)部設(shè)有輸出保護(hù)電路。第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)固態(tài)繼電器的接口電路根據(jù)負(fù)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（DCSSR）的輸出端與直流負(fù)載匹配；如果是雙向交流固態(tài)繼電器（ACSSR）的輸出端與交流負(fù)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(dá)2500V以上幾種基本的SSR輸入端驅(qū)動(dòng)方式

a)觸點(diǎn)控制b)TTL驅(qū)動(dòng)c)CMOS驅(qū)動(dòng)第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ACSSR又分為二種類型①過零觸發(fā)型（Z型），過零觸發(fā)型在輸入信號(hào)有效后,必須在負(fù)載電源電壓過零時(shí)才接通輸出端的負(fù)載電源,當(dāng)輸入端的控制信號(hào)撤消后,必須等到交流負(fù)載電源電壓的過零時(shí)刻才能斷開輸出端的負(fù)載電源,具有零電壓開啟，零電流關(guān)斷特性，使用中對(duì)電網(wǎng)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(shí)才能導(dǎo)通，這有可能造成最大為半個(gè)市電周期的延遲。第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨機(jī)開啟型輸入端施加控制電壓后輸出端立即導(dǎo)通。在輸入電壓撤消后，當(dāng)負(fù)載電流低于雙向可控硅的維持電流時(shí)，SSR輸出才關(guān)斷。大功率負(fù)載的隨機(jī)開啟有可能對(duì)電網(wǎng)造成污染，導(dǎo)致局部供電系統(tǒng)波形的變形。②隨機(jī)開啟型（P型非過零型）：

SSR的輸入控制：第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1）輸入端4接低電平，輸入端3接控制信號(hào)，控制信號(hào)為高電平則SSR導(dǎo)通，控制信號(hào)為低電平則SSR關(guān)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(guān)電路都可以用來驅(qū)動(dòng)SSR，例如晶體管開關(guān)電路，按鈕開關(guān)電路及各種電源為+5V的TTL或CMS熟數(shù)字邏輯IC卡。例如下圖所示：第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2）輸入端3接正電源，輸入端4接控制信號(hào)，控制信號(hào)為高電平則SSR關(guān)斷，控制信號(hào)為低電平則SSR導(dǎo)通。第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SSR的輸出負(fù)載：①小電流負(fù)載由于SSR內(nèi)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(guān)斷情況下，SSR仍維持一個(gè)關(guān)斷狀態(tài)電流，為了使負(fù)荷可靠地關(guān)斷，流過負(fù)載的開啟電流至少應(yīng)該是SSR關(guān)斷狀態(tài)電流的10倍。如果負(fù)載電流低于這個(gè)值，負(fù)載上需要并聯(lián)一個(gè)電阻，以提高開啟電流的數(shù)值。第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

②電感式負(fù)載對(duì)于電感式負(fù)載，當(dāng)SSR關(guān)斷時(shí)，因?yàn)榱鬟^電感式負(fù)載的電流不能突變，有可能在電感二端產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，導(dǎo)致SSR輸出電路被燒壞，必須用續(xù)流二極管（直流負(fù)載）或壓敏電阻（交流負(fù)載）保護(hù)SSR的安全。如果負(fù)載為直流電感式，應(yīng)當(dāng)使用DCSSR，負(fù)載上并聯(lián)續(xù)流二極管保護(hù)SSR如下圖所示：第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果負(fù)載為直流電感式而負(fù)載電源為交流電源，可外接整流全橋?qū)⑵渥優(yōu)橹绷?。如下圖所示：如果負(fù)載為交流電感式，必須使用ACSSR，SSR的輸出端并聯(lián)壓敏電阻以保護(hù)SSR。如下圖所示：第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓敏電阻的閥值電壓可按電源電壓的有效值1.6~1.9倍選取。壓敏電阻不但為電感式負(fù)載的感應(yīng)電流提供了一個(gè)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(dá)千伏。當(dāng)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(guān)閉狀態(tài)下的dv/dt特性容限時(shí)，就會(huì)使SSR在沒有選通的情況下開啟，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3)固態(tài)繼電器應(yīng)用實(shí)例①下圖為單片機(jī)通過固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)小功率交流電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用實(shí)例。小功率交流電動(dòng)機(jī)的控制第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②單片機(jī)通過固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)大功率交流電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用實(shí)例。大功率交流電動(dòng)機(jī)的控制第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③用光敏電阻和SSR控制路燈開關(guān)如下圖所示光控路燈開關(guān)示意圖第25頁(yè)，課件共2