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光耦的参数的理解(二)
作者:东方佳讯-王刚

2、光耦CTR
概要:
1)对于工作在线性状态的光耦要根据实际情况分析;
2)对于工作在开关状态的光耦要保证光耦导通时CTR 有一定余量;
3)CTR受多个因素影响。
2.1 光耦能否可靠导通实际计算
举例分析,例如图.1中的光耦电路,假设 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%,光耦导通时假设二极管压降为1.6V,副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi 是5V的方波,
输出Vcc 是3.3V。Vout 能得到3.3V 的方波吗?
我们来算算:If = (Vi-1.6V)/Ri = 3.4mA
副边的电流限制:Ic’ ≤ CTR*If = 1.7mA
假设副边要饱和导通,那么需要Ic’ = (3.3V – 0.4V)/1k = 2.9mA,大于电流通道限制,所以导通时,Ic会被光耦限制到1.7mA, Vout = Ro*1.7mA = 1.7V
所以副边得到的是1.7V 的方波。
为什么得不到3.3V 的方波,可以理解为图.1 光耦电路的电流驱动能力小,只能驱动1.7mA 的电流,所以光耦会增大副边三极管的导通压降来限制副边的电流到1.7mA。
解决措施:增大If;增大CTR;减小Ic。对应措施为:减小Ri 阻值;更换大CTR 光耦;增大Ro 阻值。
将上述参数稍加优化,假设增大Ri 到200欧姆,其他一切条件都不变,Vout能得到3.3V的方波吗?
重新计算:If = (Vi – 1.6V)/Ri = 17mA;副边电流限制Ic’ ≤ CTR*If = 8.5mA,远大于副边饱和导通需要的电流(2.9mA),所以实际Ic = 2.9mA。
所以,更改Ri 后,Vout 输出3.3V 的方波。
开关状态的光耦,实际计算时,一般将电路能正常工作需要的最大Ic 与原边能提供的最小If 之间Ic/If 的比值与光耦的CTR 参数做比较,如果Ic/If ≤CTR,说明光耦能可靠导通。一般会预留一点余量(建议小于CTR 的90%)。
工作在线性状态令当别论。
2.2 CTR受那些因素影响
上一节说到设计时要保证一定CTR 余量。就是因为CTR的大小受众多因素影响,这些因素之中既有导致CTR只离散的因素(不同光耦),又有与CTR 有一致性的参数(壳温/If)。
1)光耦本身:
以8701为例,CTR 在Ta=25℃/If=16mA时,范围是(15%~35%)说明 8701 这个型号的光耦,不论何时/何地,任何批次里的一个样品,只要在Ta=25℃
/If=16mA 这个条件下,CTR 是一个确定的值,都能确定在15%~35%以内。计算导通时,要以下限进行计算,并且保证有余量。计算关断时要以上限。
2)壳温影响:
Ta=25℃条件下的CTR 下限确定了,但往往产品里面温度范围比较大,比如光耦会工作在(-5~75℃)下,此种情况下CTR 怎么确定?还是看8701 的手册:有Ta-CTR关系图:
从图中看出,以25 度的为基准,在其他条件不变的情况下,-5 度下的CTR 是25 度下的0.9 倍左右,75 度下最小与25 度下的CTR 持平。
所以在 16mA/(-5~75℃)条件下,8701的CTR 最小值是15%*0.9 = 13.5%
3) 受If 影响。
假设如果实际的If是3.4mA,那么如何确定CTR在If=3.4mA / Ta=(-5~75℃)条件下的最小CTR 值。
查看 8701 的If-CTR 曲线。图中给出了三条曲线,代表抽取了三个样品做测试得到的If-CTR 曲线,实际只需要一个样品的曲线即可。
注:此图容易理解为下限/典型/上限三个曲线,其实不然。大部分图表曲线只是一个相对关系图,不能图中读出绝对的参数值。
计算:选用最上面一条样品曲线,由图中查出,If=16mA 时CTR 大概28%,
在If=3.4mA时CTR 大概在46%。3.4mA 是16mA 时的46%/28% = 1.64倍;
所以,在 If=3.4mA / (-5~75℃),CTR下限为13.5% * 1.64 = 22.2%
以上所有分析都是基于8701 的,其他光耦的特性曲线需要查用户手册,分析方法一样。
3、光耦延时
上述CTR 影响到信号能不能传过去的问题,类似于直流特性。下面主要分析光耦的延时特性,即光耦能传送多快信号。
涉及到两个参数:光耦导通延时tplh 和光耦关断延时tphl,以8701 为例:在
If=16mA/Ic=2mA 时候,关断延时最大0.8uS,导通延时最大1.2uS。所以用8701 传递500k以上的开关信号就需要不能满足。

2020-11-04
光耦的参数的理解(一)
作者:东方佳讯-邓莉莉

光耦是否可以近似看做成一个带隔离功能的三级管呢?
槽型光耦也被工程技术人员称作槽型光电开关或者对射式光电开关,也是以光为媒体,由发光体与受光体间的光路遮挡或由反射光的光亮变化为信号,检测物体的位置、有无等的装置。槽型光耦也是由一个红外线发射管与一个红外线接收管组合而成。它与接近开关同样是无接触式的,受检测体的制约少,且检测距离长,应用广泛。
1 引言
光耦作为一个隔离器件已经得到广泛应用,无处不在。一般大家在初次接触到光耦时往往感到无从下手,不知设计对与错,随着遇到越来越多的问题,才会慢慢有所体会。
本文就三个方面对光耦做讨论:光耦工作原理;光耦的CTR 概念;光耦的延时。本讨论也有认识上的局限性,但希望能帮助到初次使用光耦的同事。
1 理解光耦
光耦是隔离传输器件,原边给定信号,副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解,此处不做讨论。以一个简单的图(图.1)说明光耦的工作:原边输入信号Vin,施加到原边的发光二极管和Ri 上产生光耦的输入电流If,If驱动发光二极管,使得副边的光敏三极管导通,回路VCC、RL 产生Ic,Ic经过RL产生Vout,达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR(电流传输比),要满足Ic≤If*CTR。
图.1。

光耦一般会有两个用途:线性光耦和逻辑光耦,如果理解?
工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通,管压降<0.4V,Vout约等于Vcc(Vcc-0.4V左右),Vout 大小只受Vcc大小影响。此时Ic<If*CTR,此工作状态用于传递逻辑开关信号。工作在线性状态的光耦,Ic=If*CTR,副边三极管压降的大小等于Vcc-Ic*RL,Vout= Ic*RL=(Vin-1.6V)/Ri * CTR*RL,Vout 大小直接与Vin 成比例,一般用于反馈环路里面 (1.6V 是粗略估计,实际要按器件资料,后续1.6V同) 。
对于光耦开关和线性状态可以类比为普通三极管的饱和放大两个状态。


所以通过分析实际的电路,除去隔离因素,用分析三极管的方法来分析光耦是一个很有效的方法。此方法对于后续分析光耦的CTR 参数,还有延迟参数都有助于理解。后面的我们通过下一篇来给大家介绍光耦的CTR参数。

2020-11-03
热继电器该如何选择(下)
作者:东方佳讯-谢静
热继电器怎么选择呢?以下将为你一一解答
一、类型选择
一般情况下,可选用两相结构的热继电器,但当三相电压的均衡性较差,工作环境恶劣或无人看管的电动机,宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机,应选用带断相保护装置的热继电器。
二、热继电器额定电流选择
热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。
三、热元件额定电流的选择和整定
热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时,热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流;当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时,热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。
热继电器是利用电流热效应原理制成的一种保护用继电器,广泛地用于电动机的过载保护。如何合理地选择与使用热继电器,是一个老话题,但目前很多单位因不合 理选择与使用热继电器而造成电动机烧毁的事故仍时有发生。因此需提醒初接触者,对于热继电器的选择与使用除了遵守一般的规定外,还应注意以下几点:
1、继电器的规格与安装位置的关系
对于星/三角控制位置不同,选用的热继电器的规格也不一样
2、复位形式
热继电器一般都具有手动复位和自动复位两种复位形式。这两种复位形式的转换,可借助复位螺钉的调节来完成,热继电器出厂时,生产厂家一般设定成自动复位状 态。在使用时,热继电器应设定成手动复位状态还是自动复位状态要根据控制回路的具体情况而定。一般情况下,应遵循热继电器保护动作后即使热继电器自动复 位,被保护的电动机都不应自动再起动的原则,否则应将热继电器整定为手动复位状态。这是为了防止电动机在故障未被消除而多次重复再起动损坏设备。例如:一 般采用按钮控制的手动起动和手动停止的控制电路,热继电器可设定成自动复位形式;采用自动元件控制的自动起动电路应将热继电器设定为手动复位形式。
3、对于额定电流等级不同但热元件调整范围相同的热继电器的选用
例如,JR16系列的热继电器,在额定电流为20A和60A两个等级中,热元件整定值都有14A ~ 16A的调整范围,此时,应检查热继电器使用的环境温度和被保护电动机的环境温度。当热继电器使用的环境温度高于被保护电动机的环境温度15℃以上时,应 使用大一号额定电流等级的热继电器;当热继电器使用的环境温度低于被保护电动机的环境温度15℃以下时,应使用小一号额定电流等级的热继电器。此外,也应考虑到电动机的负载情况及热继电器可能需要的调整范围。
4、用于反复短时工作电动机的过载保护时整定电流的调整
在现场多次试验、调整才能得到较可靠的保护。方法是先将热继电器的整定电流调到比电动机的额定电流略小,运行时如果发现其经常动作,再逐渐调大热继电器的整定值,直至满足运行要求为止。
5、连接导线的选择
热继电器的连接导线过粗或太细也会影响热继电器的正常工作,因为连接导线的粗细不同使散热量不同,会影响热继电器的电流热效应。各种规格热继电器的连接导线的选用可按厂家的使用说明或查阅电工手册。

2020-11-02
深入浅出常用元器件系列——光耦
作者:东方佳讯-邓莉莉

光电耦合器亦称光电隔离器或光耦合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光二极管发出光线,光敏三极管接受光线之后就产生光电流,从输出端流出,从而实现了“电—光—电”转换。
以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器,由于它具有体积小、寿命长、无触点,抗干扰能力强,输出和输入之间绝缘,单向传输信号等优点,在数字电路上获得广泛的应用。
光耦合器的主要优点是:信号单向传输,输入端与输出端完全实现了电气隔离,输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。光耦合器是70年代发展起来产新型器件,现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压目的。
在光耦电路设计中,有两个参数常常被人忽视,需要格外注意,
一个是反向电压Vr(ReverseVoltage),是指原边发光二极管所能承受的最大反向电压,超过此反向电压,可能会损坏LED。而一般光耦中,这个参数只有5V左右,在存在反压或振荡的条件下使用时,要特别注意不要超过反向电压。如,在使用交流脉冲驱动LED时,需要增加保护电路。
另外一个参数是光耦的电流传输比(currenttransferratio,简称CTR),是指在直流工作条件下,光耦的输出电流与输入电流之间的比值。光耦的CTR类似于三极管的电流放大倍数,是光耦的一个极为重要的参数,它取决于光耦的输入电流和输出电流值及电耦的电源电压值,这几个参数共同决定了光耦工作在放大状态还是开关状态,其计算方法与三极管工作状态计算方法类似。若输入电流、输出电流、电流传输比设计搭配不合理,可能导致电路不能工作在预想的工作状态。
除上述两个参数外,光耦还有几个参数是比较重要的,如:
1)正向工作电压Vf(ForwardVoltage),Vf是指在给定的工作电流下,LED本身的压降。常见的小功率LED通常以If=10mA来测试正向工作电压,当然不同的LED,测试条件和测试结果也会不一样。
2)集电极电流Ic(CollectorCurrent)光敏三极管集电极所流过的电流,通常表示其最大值。
3)C-E饱和电压Vce(sat)(C-ESaturationVoltage),即光敏三极管的集电极-发射极饱和压降。
4)上升时间Tr(RiseTime)&下降时间Tf(FallTime),其定义与典型测试方法如下图所示,它们反映了工作在开关状态的光耦,其开关速度情况。

2020-10-30
电工基础知识之继电器讲解
作者:东方佳讯-王超


继电器主要用于控制回路中,即二次回路,以增加触点的数量、信号放大、信号转换等功能。继电器也可以与其他电器一起,组成程序控制线路,从而实现自动化运行。虽然继电器形状各种各样,但是其工作原理大致相同,大家可以举一反三,自己融会贯通。我们今天根据下面的实物继电器来学习继电器的工作原理和实物接线图。






从上图中我们可以看到继电器的工作原理和实物接线图,其中24VDC表示线圈电压是直流24v,即A1(13),A2(14)接线端,一般从A1进线,A2出线到开关、电源等形成回路。
这个继电器有两对常开和常闭触点,大家注意区分继电器和接触器的区别,一般情况是接触器比继电器多了主触点,继电器就是有线圈和常开或常闭触点组成,没有主触点。图中11(9)、12(1)、14(5)是常开和常闭触点,其中11(9)是公共端,分别和12(1)组成常闭,和14(5)组成常开。41(12)、42(4)、44(8)又是另外一组常开常闭触点,从图中看,41(12)是公共端,和42(4)链接在一起形成常闭,和44(8)没有连接形成常开。



上图中,可以看到接触器的针脚,一般继电器和继电器底座连接在一起使用的,底座就是为了方便连接和接线没有其他含义。


从继电器侧面图可以看到继电器内部结构,右边是线圈,左边是常开和常闭触点,可以清楚的看到个金属片和触点,接触在一起的就是常闭,没有接触在一起的就是常开,当线圈通电时,产生磁场,吸合中间的金属片,使常闭触点断开,常开触点闭合。其实可以把继电器看成一种自动开关来理解更加容易了解其工作方式。



2020-10-29