开关量输出通道ppt课件

1、 智能仪器智能仪器17-1817-18学时学时第第2 2章章 智能仪器的输入智能仪器的输入/ /输出通道及接口技术输出通道及接口技术八八 开关量输出通道开关量输出通道主要讲解内容：主要讲解内容：1 1开关量输出的普通构造开关量输出的普通构造2) 2) 数字隔数字隔 离器件离器件3) 3) 接口电路接口电路 一一. .开关量输出通道的构造开关量输出通道的构造与特点与特点开关量输出通道普通构造如以下图所开关量输出通道普通构造如以下图所示：示：1)1)输出锁存输出锁存: :当对消费过程进展控制时，控制量往往当对消费过程进展控制时，控制量往往需求坚持，直到输出新的控制量，所需求坚持，直到输出新的控制量

2、，所以，每次输出的控制量就需求保管锁存。输出锁以，每次输出的控制量就需求保管锁存。输出锁存器可用可编程接口电路存器可用可编程接口电路82558255，也可用简单接口电路，也可用简单接口电路如如244244，273273，373373等来实现。等来实现。2)2)数字隔离数字隔离: : 在输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压在输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压经过输出通道反串到经过输出通道反串到CPUCPU系统中，普通需求采用通道系统中，普通需求采用通道隔离技术。光隔离技术。光- -电隔离技术电隔离技术 运用光电隔离器时，要留意以下运用光电隔离器时，要留意以下4 4点：点：当光电隔离

3、器导通时，必需输入足够大的导通电流，使发光二极管发出的光使输出端动作。光电隔离器只能经过一定频率以下的脉冲信号。因此，在高频信号传输中要选择经过频率比较高的光电隔离器光电隔离器输出端的灌电流不能太大，否那么能够使输出端击穿，导致光电隔离器的损坏，因此在光电隔离器与被控对象之间要加驱动电路。利用光电隔离器实现控制通道的隔离时，用于驱动发光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源，否那么外部干扰能够经过地线串到CPU中去，这样就失去了隔离作用。 处理的方法有两个：即在光电隔离的两侧分别运用不同的电源，也可用DC-DC变换的方法往输出端提供一个与光隔输入端隔离的电源。3)3)输出驱动输出驱动:

4、 :要把计算机输出的微弱数字信号转换成能对消费过程进展控制的驱动信号，关键在于输出通道中的功率驱动电路。根据现场开关器件功率的不同，可有多种数字量驱动电路的构成方式。总的来看输出通道的特点总的来看输出通道的特点1)1)小信号输出，大功率控制。小信号输出，大功率控制。2)D/A2)D/A转换。转换。3)3)输出通道距干扰源近，干扰大。输出通道距干扰源近，干扰大。 二二. .数字隔离器件数字隔离器件 光耦合隔离器件小功率驱动接口光耦合隔离器件小功率驱动接口 1 1电路原理电路原理 光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号的电的电 路，如以下图所示：路，如以下

5、图所示：图图a a是它的构造，图中发光二极管和光敏三极管是它的构造，图中发光二极管和光敏三极管封装在同一个管壳内，发光二极管的作用是将电信封装在同一个管壳内，发光二极管的作用是将电信号变为光信号，光敏三极管接纳光信号，再将它转号变为光信号，光敏三极管接纳光信号，再将它转变为电信号。图变为电信号。图b b是它的输入特性。是它的输入特性。图是它的输出特性。伏安特性图是它的输出特性。伏安特性2 2 光耦合器件特点：光耦合器件特点：输出信号与输入信号没有公共地输出信号与输入信号没有公共地, ,在电气上完全隔离在电气上完全隔离. .无触点，寿命长，可靠性高。无触点，寿命长，可靠性高。呼应速度快，易与呼应

6、速度快，易与TTLTTL电路配合运用。电路配合运用。3 3光耦合器驱动接口光耦合器驱动接口光耦合器4N25的接口电路2.2.电磁继电器隔离器件中功率驱动接口电磁继电器隔离器件中功率驱动接口1 1电路原理电路原理继电器任务原理图继电器任务原理图继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的电路继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的电路来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通断的常来完成。它是由小电流的通断控制大电流的通断的常用的开关控制器件。当它的电磁线圈用的开关控制器件。当它的电磁线圈Y经过一定数值经过一定数值的电流时，使输出回路中的常开触点闭合，常闭触点的电流时，使输出回路中的常开触点闭合，

7、常闭触点翻开。翻开。Y Y2 2电磁继电器的接口电路电磁继电器的接口电路继电器动作时，对电源有一定的干扰，为了提高单继电器动作时，对电源有一定的干扰，为了提高单片机系统的可靠性，在单片机和继电器、接触器之片机系统的可靠性，在单片机和继电器、接触器之间都用光耦合器隔离。间都用光耦合器隔离。直流继电器接口直流继电器接口3.3.固态继电器隔离器件大功率驱动接口固态继电器隔离器件大功率驱动接口1 1电路原理电路原理 固态继电器构造框图固态继电器构造框图a)外部接线图外部接线图b)内部构造图内部构造图固态继电器固态继电器(SSR)(SSR)是一种无触点通断功率型电子开关。是一种无触点通断功率型电子开关。

8、它即有放大作用又有隔离作用，适宜于驱动大功率管它即有放大作用又有隔离作用，适宜于驱动大功率管式执行器件。式执行器件。 SSRSSR是一个四端有源器件，其中二端为输入控制端，是一个四端有源器件，其中二端为输入控制端，输入功耗很低，与输入功耗很低，与TTLTTL电路兼容；另外二端是输出端，电路兼容；另外二端是输出端，内部设有输出维护电路。内部设有输出维护电路。2)固态继电器的接口电路固态继电器的接口电路 根据负载端所加电压的不同，根据负载端所加电压的不同，SSR可分为直流型可分为直流型和交流型两种，假设是单向直流固态继电器和交流型两种，假设是单向直流固态继电器DC SSR的输出端与直流负载匹配；假

9、设是双向交流的输出端与直流负载匹配；假设是双向交流固态继电器固态继电器AC SSR的输出端与交流负载匹配。的输出端与交流负载匹配。输入电路和输出电路之间采用光电隔离，绝缘电压输入电路和输出电路之间采用光电隔离，绝缘电压可达可达2500V以上以上几种根本的SSR输入端驱动方式a)触点控制b)TTL驱动c)CMOS驱动AC SSRAC SSR又分为二种类型又分为二种类型过零触发型过零触发型Z Z型，型，过零触发型在输入信号有效后过零触发型在输入信号有效后,必需在负载电源电压过必需在负载电源电压过零时才接通输出端的负载电源零时才接通输出端的负载电源,当输入端的控制信号吊当输入端的控制信号吊销后销后,

10、必需等到交流负载电源电压的过零时辰才干断开必需等到交流负载电源电压的过零时辰才干断开输出端的负载电源输出端的负载电源,具有零电压开启，零电流关断特性，具有零电压开启，零电流关断特性，运用中对电网污染小，但它的输入端施加控制电压后，运用中对电网污染小，但它的输入端施加控制电压后，要等交流电压过零输出时才干导通，这有能够呵斥最要等交流电压过零输出时才干导通，这有能够呵斥最大为半个市电周期的延迟。大为半个市电周期的延迟。随机开启型输入端施加控制电压后输出端立刻导通。随机开启型输入端施加控制电压后输出端立刻导通。在输入电压吊销后，当负载电流低于双向可控硅的维在输入电压吊销后，当负载电流低于双向可控硅的

11、维持电流时，持电流时，SSR输出才关断。大功率负载的随机开启输出才关断。大功率负载的随机开启有能够对电网呵斥污染，导致部分供电系统波形的变有能够对电网呵斥污染，导致部分供电系统波形的变形。形。随机开启型随机开启型P P型非过零型：型非过零型： SSR的输入控制：的输入控制：例例1输入端输入端4接低电平，输接低电平，输入端入端3接控制信号，控制信号接控制信号，控制信号为高电平那么为高电平那么SSR导通，控导通，控制信号为低电平那么制信号为低电平那么SSR关关断。断。SSR的输入电路与的输入电路与TTL，CMS电路兼容，输入控制非电路兼容，输入控制非常方便，任何可以给出常方便，任何可以给出TTL电

12、平的开关电路都可以用电平的开关电路都可以用来驱动来驱动SSR，例如晶体管开关电路，按钮开关电路及，例如晶体管开关电路，按钮开关电路及各种电源为各种电源为+5V的的TTL或或CMS熟数字逻辑熟数字逻辑IC卡。例如卡。例如以下图所示：以下图所示：例例2输入端输入端3接正电源，输入端接正电源，输入端4接控制信号，控制接控制信号，控制信号为高电平那么信号为高电平那么SSR关断，控制信号为低电平那么关断，控制信号为低电平那么SSR导通。导通。SSR的输出负载：的输出负载：小电流负载小电流负载 由于由于SSRSSR内部除去输入电路外的一切其它电路内部除去输入电路外的一切其它电路都是由输出端供电的，因此即使

13、在输出端关断情况下，都是由输出端供电的，因此即使在输出端关断情况下， SSRSSR仍维持一个关断形状电流，为了使负荷可靠地关仍维持一个关断形状电流，为了使负荷可靠地关断，流过负载的开启电流至少应该是断，流过负载的开启电流至少应该是SSRSSR关断形状电关断形状电流的流的1010倍。假设负载电流低于这个值，负载上需求并倍。假设负载电流低于这个值，负载上需求并联一个电阻，以提高开启电流的数值。联一个电阻，以提高开启电流的数值。 电感式负载电感式负载 对于电感式负载，当对于电感式负载，当SSR关断时，由于流过电感关断时，由于流过电感式负载的电流不能突变，有能够在电感二端产生很高式负载的电流不能突变，

14、有能够在电感二端产生很高的感应电压，导致的感应电压，导致SSR输出电路被烧坏，必需用续流输出电路被烧坏，必需用续流二极管直流负载或压敏电阻交流负载维护二极管直流负载或压敏电阻交流负载维护SSR的平安。的平安。假设负载为直流电感式，该当运用假设负载为直流电感式，该当运用DC SSR，负载，负载上并联续流二极管维护上并联续流二极管维护SSR如以下图所示：如以下图所示：假设负载为直流电感式而负载电源为交流电源，可假设负载为直流电感式而负载电源为交流电源，可外接整流全桥将其变为直流。如以下图所示：外接整流全桥将其变为直流。如以下图所示：假设负载为交流电感式，必需运用假设负载为交流电感式，必需运用AC

15、SSR， SSR的输出端并联压敏电阻以维护的输出端并联压敏电阻以维护SSR。如以下图所示：。如以下图所示：压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值1.61.9倍选取。压敏电阻不但为电感式负载的感应电流提供倍选取。压敏电阻不但为电感式负载的感应电流提供了一个通路，而且可以防止工频市电电源夹杂的尖蜂了一个通路，而且可以防止工频市电电源夹杂的尖蜂电压施加在电压施加在SSR的输出端。的输出端。工频市电电源夹杂的尖蜂电压是很频繁的，它虽然宽工频市电电源夹杂的尖蜂电压是很频繁的，它虽然宽度很窄，但幅度有高有低，高的可达千伏。当尖蜂电度很窄，但幅度有高有低，高的可达千伏。当尖蜂电压的幅度超越了压的幅度超越了SSR的阻端电压或其变化速度超出了的阻端电压或其变化速度超出了SSR在封锁形状下的在封锁形状下的d v/d t特性容限时，就会使特性容限时，就会使SSR在没有选通的情况下开启，呵斥执行机构的误动作。在没有选通的情况下开启，呵斥执行机构的误动作。3)固态继电器运用实例固态继电器运用实例以下图为单片机经过固态继电器驱动小功率交流电以下图为单片机经过固态继电器驱动小功率交流电动机的典型运用实例。动机的典型运用实例。小功率交流电动机的控制单片机经过固态继电器驱动大功率交流电