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光耦繼電器的工作原理以及它的各類參數(shù)的詳細(xì)介紹

2018-09-25 10:20:17

光耦繼電器(Optronics Relay)屬于固態(tài)繼電器,一般電磁繼電器靠電流通過線圈使鐵芯變成有磁性的磁鐵吸合銜鐵,從而使相關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作控制負(fù)載的通斷,而光耦繼電器沒有觸點(diǎn),其工作原理與光耦有點(diǎn)類似,基本結(jié)構(gòu)如下圖的所示:

 

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發(fā)光二極管用來向光電元件放射光線,光電元件接受光線并控制輸出場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通或截止。光耦繼電器還有另一種可控硅整流管(SCR)輸出,它的負(fù)載電流比場(chǎng)效應(yīng)管更大,后者可達(dá)到數(shù)安培,而前者可達(dá)到幾十安培。

相對(duì)于電磁繼電器,光耦繼電器由于沒有觸點(diǎn)引起的磨損,使用壽命是無限的,同時(shí)也具有無震動(dòng)、無切換聲音等特性,與電磁繼電器一樣可控制各種負(fù)載(燈泡、發(fā)光二極管、加熱器、馬達(dá)等)。

 

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(輸出導(dǎo)通狀態(tài)下)當(dāng)解除施加到光耦繼電器輸入端的電池時(shí),輸入端的發(fā)光二極管將停止發(fā)光,由于光電元件不再有光線的照射,光電元件的電壓將下降,當(dāng)從光電元件供給的電壓開始下降時(shí),通過控制電路導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管上的電荷快速放電,繼而使場(chǎng)效應(yīng)管不再導(dǎo)通,負(fù)載被斷開,燈泡不發(fā)光。

這個(gè)過程中所消耗的時(shí)間稱為復(fù)位時(shí)間toff(Turn off time)

 

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(輸出截止?fàn)顟B(tài)下)當(dāng)電池通過限流電阻施加到光耦繼電器的輸入端時(shí),輸入端的發(fā)光二極管將發(fā)光,發(fā)出的光照射到對(duì)面的光電元件,光電元件根據(jù)光的強(qiáng)度將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓,同時(shí)控制電路向場(chǎng)效應(yīng)管的柵極充電,當(dāng)柵極的電壓達(dá)到場(chǎng)效應(yīng)管的開啟電壓時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管開始導(dǎo)通,燈泡發(fā)光。

這個(gè)過程中消耗的時(shí)間稱為動(dòng)作時(shí)間tON(Turn on time)

 

由于前后兩級(jí)采用光電耦合的方式,因此輸入輸出間的絕緣電阻Riso(Isolation resistance)非常大,通常最小1000M歐姆

 

光耦繼電器在正常工作時(shí)的輸入部分如下圖所示:

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外加電壓V經(jīng)限流電阻R后施加到發(fā)光二極管,二極管正向?qū)ê?,即在輸入回路產(chǎn)生正向電流IF(Forward current),同時(shí)在二極管兩端產(chǎn)生正向壓降VF(LED dropout voltage),調(diào)整限流電阻R即可調(diào)節(jié)正向電流,其關(guān)系為:

 

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正向電流最大值約為幾十毫安,實(shí)際應(yīng)用時(shí)不應(yīng)超過數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最大值,否則發(fā)光二極管的壽命將縮短,甚至損壞。

如果我們將外加電壓從小到大調(diào)節(jié)時(shí),逐漸增大的正向電流將使發(fā)光二極管從暗變亮,當(dāng)光線大小剛剛足以使輸出導(dǎo)通時(shí)的最小電流稱為L(zhǎng)ED觸發(fā)正向電流或工作電流IFON(LED operate current);同樣,當(dāng)光耦繼電器輸出導(dǎo)通時(shí),將外加電壓從大到小調(diào)節(jié),使輸出剛剛關(guān)閉時(shí)的最大電流稱為L(zhǎng)ED關(guān)斷電流IFOFF(LED turn off current)

 

相反地,當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管施加反向電壓VR(LED reverse voltage),二極管處于截止?fàn)顟B(tài),理想狀態(tài)下回路中的電流為零,但實(shí)際二極管反向截止后的電阻是有限的,因此輸入回路中還是會(huì)有一定的反向泄露電流IR(reverse current)。

實(shí)際應(yīng)用時(shí),反向電壓不應(yīng)超過數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的最大值,否則將導(dǎo)致二極管反向被擊穿

 

 

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當(dāng)輸入發(fā)光二極管的光線足以使輸出場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí),輸出回路即產(chǎn)生回路電流,通常稱之為連續(xù)負(fù)載電流IO,而把場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)的體電阻稱為輸出電阻RON(On resistance)

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當(dāng)輸出場(chǎng)效應(yīng)管截止時(shí),電池的電壓將全部加在場(chǎng)效應(yīng)管的兩端,這時(shí)允許的最大電壓稱為負(fù)載電壓VOFF,實(shí)際應(yīng)用時(shí)不應(yīng)超過最大值,否則場(chǎng)效應(yīng)管可能會(huì)被擊穿。

實(shí)際場(chǎng)效應(yīng)管在截止時(shí)呈現(xiàn)的電阻不會(huì)是無窮大的,因此也會(huì)在輸出回路產(chǎn)生一定的泄露電流ILEAK(Off state leakage current)

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既然是繼電器,不可避免涉及到觸點(diǎn)結(jié)構(gòu),與電磁繼電器一樣,光耦繼電器

繼電器的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常有3種,即

◆ 常開觸點(diǎn)(normally open):Form A或NO(中國(guó)代號(hào):H)

◆ 常閉觸點(diǎn)(normally closed):Form B或NC(中國(guó)代號(hào):D)

◆ 轉(zhuǎn)換型觸點(diǎn)(changeover):Form C或CO(中國(guó)代號(hào):Z),這個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以理解為單刀雙擲開關(guān)SPDT(Single-Pole Double-Throw)

 

相應(yīng)的符號(hào)如下圖所示:

 

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實(shí)際的繼電器可能封裝了一個(gè)或多個(gè)通道,因此相應(yīng)的觸點(diǎn)類型也有很多,比如1a(1開)、1b(1閉)、1c、1a1b(1開1閉)等等,都是由上述3種觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)組合起來的

 

從上圖可以看出,F(xiàn)orm C可以看成是一個(gè)Form A與Form B的組合(一個(gè)單刀雙擲開關(guān)總是與一側(cè)相接觸,同時(shí)與另一側(cè)斷開),用光耦繼電器來組合則如下圖所示:

 

 

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此時(shí)輸入電阻R的值,應(yīng)如由下式?jīng)Q定:

 

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即輸入回路包含兩個(gè)串聯(lián)的發(fā)光二極管的正向壓降。



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