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電器應(yīng)用中常用的隔離器件有光耦、繼電器、變壓器。 ?光耦屬于流控型元件,以光為媒介傳輸信號:電→光→電,輸入端是發(fā)光二極管,輸出端是光敏半導(dǎo)體。光耦的核心應(yīng)用是隔離作用,常用于輸入與輸出之間無共地的系統(tǒng)。所以輸入與輸出之間的耐壓可達(dá)上千伏特。 很多通訊模塊也是光耦隔離的,更容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的連接,完全不用考慮是否共地。 如圖1為光耦控制繼電器(小功率),為使光耦能有效驅(qū)動(dòng)繼電器,那么輸出端的阻抗應(yīng)較小,所以輸入端的電流應(yīng)較大,具體原因見下面分析。 圖1:光耦控制繼電器 如圖2為開關(guān)信號經(jīng)過光耦隔離輸入至單片機(jī),圖中24V與3.3V不是共地的,且在控制系統(tǒng)中數(shù)字電壓3.3V驅(qū)動(dòng)能力有限,所以通常用開關(guān)電源的24V或12V作為開關(guān)信號的電源。 圖2:輸入輸出隔離 以上兩種普通的應(yīng)用看似簡單,但要正確使用光耦,就必須掌握光耦的輸入和輸出到底是什么關(guān)系? ?光耦分為線性光耦和非線性光耦,實(shí)際常規(guī)應(yīng)用中線性光耦較多,因?yàn)榫€性光耦可以替代非線性光耦,現(xiàn)在以線性光耦(PS2561A)做以下實(shí)驗(yàn),換種角度了解TA的魅力。 如圖3所示,調(diào)節(jié)光耦輸入電流IF,測量輸出的CE阻抗。 圖3:輸入電流IF與輸出CE阻抗關(guān)系實(shí)驗(yàn) 左邊為輸入電流IF,右邊為輸出CE阻抗 如圖4所示,光耦輸入與輸出的限流電阻都是1k,且輸入電壓都相同,于是調(diào)節(jié)穩(wěn)壓源的電壓值,可以得到光耦輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系。 圖4:輸入電流IF與輸出電流IC的關(guān)系實(shí)驗(yàn) 左邊為輸入電流IF,右邊為輸出電流IC ?如圖5得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),輸出電流IC與輸入電流IF曲線趨勢基本一致,CE阻抗小于1k左右呈線性變化。且更低阻抗大于100Ω。 圖5:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 所以使用線性光耦傳遞開關(guān)信號時(shí),需要合理匹配輸入電阻的大小,圖1中輸入電阻360Ω,光耦輸入正向壓降1V左右,所輸入電流IC為(5-1)/360≈11mA,光耦輸出CE阻抗200Ω多點(diǎn),而繼電器HFD2線圈阻抗2880Ω,此時(shí)可正常驅(qū)動(dòng)繼電器,若IC電流變小,則CE阻抗變大后會導(dǎo)致不能正常驅(qū)動(dòng)繼電器。 ?線性光耦主要用于模擬信號的傳遞,輸出相當(dāng)于一個(gè)可變電阻。在開關(guān)電源中很常見,利用光藕做反饋,把高壓和低壓隔離。常用的有PC817、PS2561、PS2801。如前面例子也常用于開關(guān)信號。 圖7為圖6中開關(guān)電源內(nèi)部的線性光耦,開關(guān)電源的輸出電壓經(jīng)過線性光耦隔離并反饋到控制芯片達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 圖6:光耦在開關(guān)電源中的應(yīng)用 圖7:開關(guān)電源內(nèi)部的光耦 ?非線性光耦主要用于開關(guān)信號(或數(shù)字信號)的傳遞,常用的4N系列的有4N25、4N26以及TIL117;另外還有高速光耦,如6N136、6N137、PS9714、PS9715等。多用于通訊隔離以及PWM波控制(可有效降低電磁干擾),判斷是不是高速光耦,看數(shù)據(jù)手冊是否注明 High speed(1Mbps、10Mbps)。 ?要點(diǎn) ①光耦的核心應(yīng)用是隔離作用; ②相同電壓下線性光耦輸入電阻與輸出電阻相同時(shí),輸出電流IC基本與輸入電流IF一致;即使輸入與輸出電壓不同,也可以匹配輸出與輸入的電阻來實(shí)現(xiàn); ③用于開關(guān)信號線性光耦和非線性光耦都可以,反過來線性光耦電路中不能用非線性光耦代替。 ④非線性光耦要比線性光耦響應(yīng)速度快,類似于比較器比運(yùn)算放大器響應(yīng)速度快一樣。 |
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