光耦的功率接口设计技术

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点击量: 125238 来源: 深圳市凯高达科技有限公司

光耦的功率接口设计技术

微机测控系统中,经常要用到功率接口电路,以便于驱动各种类型的负载,如直流伺服电机、步进电机、各种电磁阀等。这种接口电路一般具有带负载能力强、输出电流大、工作电压高的特点。工程实践表明,提高功率接口的抗干扰能力,是保证工业自动化装置正常运行的关键。
    就抗干扰设计而言,很多场合下,我们既能采用光电耦合器隔离驱动,也能采用继电器隔离驱动。一般情况下,对于那些响应速度要求不很高的启停操作,我们采用继电器隔离来设计功率接口;对于响应时间要求很快的控制系统,我们采用光电耦合器进行功率接口电路设计。这是因为继电器的响应延迟时间需几十ms,而光电耦合器的延迟时间通常都在10us之内,同时采用新型、集成度高、使用方便的光电耦合器进行功率驱动接口电路设计,可以达到简化电路设计,降低散热的目的。
    图7是采用光电耦合器隔离驱动直流负载的典型电路。因为普通光电耦合器的电流传输比CRT非常小,所以一般要用三极管对输出电流进行放大,也可以直接采用达林顿型光电耦合器(见图8)来代替普通光耦T1。例如东芝公司的4N30。对于输出功率要求更高的场合,可以选用达林顿晶体管来替代普通三极管,例如ULN2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,它的输出电流和输出电压分别达到500mA和50V。
 
图7 光电隔离,加三极管放大驱动
 
图8 达林顿型光电耦合器
    对于交流负载,可以采用光电可控硅驱动器进行隔离驱动设计,例如TLP541G,4N39。光电可控硅驱动器,特点是耐压高,驱动电流不大,当交流负载电流较小时,可以直接用它来驱动,如图9所示。当负载电流较大时,可以外接功率双向可控硅,如图10所示。其中,R1为限流电阻,用于限制光电可控硅的电流;R2为耦合电阻,其上的分压用于触发功率双向可控硅。
 
图9 小功率交流负载
 
图10 大功率交流负载
    当需要对输出功率进行控制时,可以采用光电双向可控硅驱动器,例如MOC3010。图11为交流可控驱动电路,来自微机的控制信号 经过光电双向可控硅驱动器T1隔离,控制双向可控硅T2的导通,实现交流负载的功率控制。
 
图11 交流可控电路
    图12为交流电源输出直流可控电路。来自微机的控制信号 经过光电双向可控硅驱动器隔离,控制可控硅桥式整流电路导通,实现交流一直流的功率控制。此电路已经应用在我们实验室研制的新型电机控制设备中,效果良好。
 
图12 交-直流可控