节光电继电器功率驱动资料

2.6

光电耦合器12.6.1

“地”电流的影响·电子系统的“地”通常有三类：1．工作地2．安全地3．屏蔽地2.6

光电耦合器2直流电源系统中，工作地是为了提供一个电位参考点，以供设备正常工作。仪表电路一般工作电平低,信号幅度小，容易受到地电位差和外界磁场的干扰，因此需要一个良好的直流工作接地，以消除地电位差和磁场的影响。工作地主要有以下作用。1，利用大地作通信归路。2，利用大地作供电归路。3，减少通信回路的串音。4，抑制通信线路上的电磁干扰。除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。控制系统中，大致有以下几种地线：数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。模拟地：是各种模拟量信号的零电位。信号地：通常为传感器的地。交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。直流地：直流供电电源的地。屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。32.6.2

通用光电耦合器1．特性·

光电耦合器又称光隔离器（Optoisolators），它是利用电-光-电转换作用的半导体器件。是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。4··

输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。5·由于光电耦合器具有有隔离作用，能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，响应速度较快，寿命长，体积小，耐冲击等优点，使其在强-弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。■内部结构DIP

dual

inline-pin

package双列直插管形封装6主要参数发光器参数、受光器参数、耦合参数、总体参数发光器（一次侧）参数：发光二极管正向压降VF、正向电流IF、反向电压极限值VR7光敏二极管、三极管（二次侧）主要参数：8集电极-发射极反向击穿电压V(BR)CEO、集电极-发射极饱和压降VCE(sat)电流放大系数hFE上升下降时间、开关时间光敏可控硅型受光器主要参数断态输出端电压极限值电压上升率不重复峰值浪涌电流耦合参数CTR

电流传输比电流传输比（current

transfer

ratio

）：描述光耦控制性的参数，即副边的输出电流（IO）与原边输入电流（IF）的百分比，传输比CTR=IO÷IF×100%。随温度变化输入级与输出级之间的绝缘电压对可控硅：LED触发电流，可控硅维持电流表2.6.2特性列表92．多重光电耦合器10·（1）PC817系列·

批号：08+ 制作工艺：半导体集成导电类型：双极型 集成程度：小规模 规格尺寸：231（mm）工作温度：-40~85（℃） 静态功耗：3（mW）·

PC817光电耦合器广泛用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计。2．多重光电耦合器·（1）PC817系列电流传输比(CTR:

MIN.

50%

at

IF=5mA

,VCE=5V)高隔离电压:5000V有效值紧凑型双列直插封装,PC817为单通道光耦,PC827为双通道光耦,PC837为三通道,PC847为四通道光耦.线性光耦元件。·112．多重光电耦合器·（2）TLP521系列Manufactured

by

Toshiba,TLP521-1

is

a晶体管与光电输出光耦.1脚：正极2脚：负极3脚：发射极4脚：集电极123．通用光电耦合器的应用（2）输出端设计(1)输入端设计LED限流电阻 CMOS驱动,晶体管缓冲出级132.6.3

线性光电耦合器14和普通光电耦合器开关型应用不同，线性应用时，二次侧晶体管工作于放大状态，希望驱动一次侧LED的电流与二次侧晶体管的输出电压在一定范围内为线性关系。普通光耦当做线性光耦的问题15利用普通光电耦合器当做线性光电耦合器使用时，存在如下四个问题：·（1）LED的死区电压使其输入电压在小于VF时，LED不导通。即小于VF的输入电压在输出端不能反映。·（2）光电耦合器的CTR并非是常数，图

2.6.7为PC817ACTR随IF变化的曲线。这就使输出电压与IF之间难以保持线性关系。普通光耦当做线性光耦的问题16（3）CTR受温度的影响较大，即线性度也要受温度影响。（4）IF与LED的发光亮度并非线性关系。·利用配对的LED构成一个进行线性补偿的负反馈坏以改善线性是线性光电耦合器芯片所采用的方法。线性光电耦合器TIL300的典型应用电路K1伺服电流增益；K2正向增益；K3传输增益7图2.6.9TIL300A应用电路182.7

继电器19

继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气

输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的

控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作

的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安

全保护、转换电路等作用。

常用的继电器主要有电磁式继电器、干簧式继电器、磁保持湿簧式继电器、步进继电器和固态继电器等。2.7

继电器20■

电磁式继电器又分为交流电磁继电器、直流电磁继电器、大电流电磁继电器、小型电磁继电器、常开型电磁继电器、常闭型电磁继电器、极化继电器、双稳态继电器、逆流继电器、缓吸继电器、缓放继电器快速继电器等多种。固态继电器又分为直流型固态继电器、交流型固态继电器、功率固态继电器、高灵敏度固态继电器、多功能开关型固态继电路、固态时间继电器、参数固态继电器、无源固态温度继电器、双向传输固态继电器等。其中的交流固态继电器应用最为普遍。2.7.1

电磁继电器■212.7.1

电磁继电器221．电磁继电器的基本特征

电磁继电器是一种利用电磁力来切换触点的开关型电子器件。其典型结构示意于图2.7.1（a）。它由一个带软铁铁芯的线圈J、簧片、弹簧及若干对合金触点构成：在线圈未通电时，触点1-2是闭合的，称常闭触点。1-3触点是断开的，称常开触点。继电器可以只带一对常闭触点，用字母H表示。也可以带一开一闭二个触点，用字母Z表示。线圈得电后则1-3接通，1-2断开。1-2-3三个触点为一组，继电器可以带多达7组触点。电磁继电器常用参数23线圈：额定电压、电阻、消耗功率触点：形式、负载吸合电压、吸合电流、释放电压时间：吸合时间、释放时间寿命：电气寿命、机械寿命绝缘电阻、抗电强度。。。2．JQX-14F（4124）小型大功率继电器负载能力强，开关功率高，抗电强度高，体积小可直接焊接在印制板，适用于电子电路3．DS2Y型小型电磁继电器体积小，可靠性高，DIP引脚，适用于和微机接口4．小型干簧式继电器体积小，消耗功率小，触点负载能力弱245．电磁继电器设计要点25

（1）电磁继电器的线圈分无极性与有极性两种。有极性线圈必须按正确方向施加吸合电压，继电器才能动作。

（2）继电器线圈的吸合电流一般为几十毫安，故必须使用双极性晶体管、MOS管或晶体管、MOS管阵列驱动。

接保护二极管

（3）电磁继电器吸合和释放都需要十几毫秒的时间系统运行时，这一时间必须考虑在内。例如，利用电磁继电器自动切换DVM量程，切换后必须等待继电器吸合或释放才能启动ADC。5．电磁继电器设计要点26

（4）和模拟开关比较，电磁继电器也是双向的，但其导通过触点电阻<0.1Ω,远比模拟开关低；它允许大幅度的交直流信号

直通，但开关速度就无法和模拟开关相抗衡了。

（5）为了减少导通时的触点电阻和耐触点动作时的火花腐蚀，多用白金触点。尽量如此，火花的氧化作用，还是容易使触点烧损（发黑），触点电阻亦随之增加，影响使用寿命。为此，触点侧参数应充分减额，有时在触点并RC回路对减小火花也有作用。继电器的火花会对数字系统产生严重干扰，应采取屏蔽等措施

（6）电磁继电器的触点可以并联使用，以提高触点电流、改进可靠性。2.7.2

固态继电器1．交流固态继电器的内部结构

图2.7.4是一种典型交流固态继电器的内部电路。它由输入电路、光电耦合器隔离级、驱动级、晶闸管

TRIC以及RC抑制元件等组成。272．固态继电器的特点28（1）内部的光电耦合器完善地实现了强-弱电的隔离，抗干扰能力强。（2）无机械电磁继电器的触点，动作速度快（10－7～10－10秒），无火花或电弧，无机械磨损，寿命长，干扰小。（3）驱动功率小，可低至10－3～10－8W，驱动灵敏度高。输入端通常与TTL电平兼容，可采用直流或脉冲驱动方式。2．固态继电器的特点29（4）体积小、重量轻。（5）交流固态继电器又可分为“零压型”和“调相型”两类。（6）接通电阻较电磁继电器大，而断开电阻较电磁继电器小。（7）价格较电磁继电器高。3、主要参数30工作电压有效电流单峰浪涌电流通态压降维持电流开通、关断时间（频率）4.交流固态继电器的几个典型应用31图2.7.5为交流固态继电器的几个典型应用电路

图（a）为TTL、LSTTL、MCU等器件利用输出低电平驱动SSR的接法。图（b）为CMOS器件通过晶体管T驱动SSR，图中820Ω限流电阻是否需要应根据SSR输入要求来决定。

图（c）为用三只SSR驱动三相交流感应电机的接法电机三个绕组既可接成“Y”形也可以接成“Δ”形。图（d）为小功率SSR的扩展功率的接法。SSR(Solid

State

Relay) 的几个典型应用电路325．固态继电器应用要点33(1）首先应根据功率负载选择相应的固态继电器（直流/交流（2）器件的发热：SSR在导通态时，元件将承受的热耗散功率P为P=V×I

其中V和I分别为饱和压降和工作电流的有效值，这时需依据实工作环境条件，严格参照额定工作电流时允许外壳温升，合理用散热器尺寸或降低电流使用，否则将因过热引起失控，甚至成器件损坏。在线路板上使用，10A以下可采用散热条件良好的仪器底板散（3）输入端的驱动34

SSR按输入控制方式可分为电阻型，恒流源型和交流输入控制型三类。

SSR属于电流型输入器件。当输入端光耦可控硅充分导通后（微秒数量级），触发功率可控硅导通。当激励不足或

斜坡式的触发电压，有可能造成功率可控硅处于临界导通

边缘，并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏。例如

基本性能测试电路，输入为可调电压源，测试负载使用

100W灯泡。输入触发信号应为阶跃逻辑电平，强触发方式。（3）输入端的驱动35

国外厂家提供的器件标准电流为100mA，考虑到全温度工作范围（－40℃～70℃）、发光效率稳定和抗干扰能力，推荐最佳直流触发工作电流在12mA～25mA范围。一般器件例如7404，05，06，07，244，MC1413或晶体管能满足要求。控制回路上电后，可测试一下驱动电路指标无误后再加负载交流电源。

SSR输入端可并联或串联驱动，串联使用时，若一个SSR按4V电压考虑，12V电压可驱动三只SSR。（4）RC吸收回路与截止漏电流36SSR产品内部一般装有RC吸收回路，吸收回路的主要作用是浪涌电压吸收和提高dv/dt，但这会增加截止态的漏电流。在小电流负载情况下，应在负载两端并联电阻减少这

一影响。应该指出RC时间常数应与负载功

率因数匹配。例如控制洗衣机电机所用SSR内部的电容是0.01 F，外部应增加一个0.1F的电容和一只数十欧姆的电阻。实用中也可用示波器观察输出波型来选择最佳的补偿。（5）干扰问题（6）过流/过压保护（7）关于负载的考虑372.8

功率驱动382.8.1

几种常见的功率负载1．发光二极管LED2．继电器3．电声元件（1）电动扬声器电动式纸盆扬声器（2）蜂鸣器压电蜂鸣片、压电式和电磁式蜂鸣器2.8.2

常用数字器件的输出特性表及曲线器件类型输出特性TTL74HC74HCT电源电压(V)CMOS(4000,4500)3～182～64.5～5.5MCU(AT89C5X)4～64.75～5.252.4～3.4LSTTL4.75～5.252.7～3.4VDD≈VDD**≈VDD**0.75VDD**－0.4*－0.4－0.5－4－4－0.3***输出高电平

VOH（V）输出