开关量输出通道教学案例

3)固态继电器应用实例 ①下图为单片机通过固态继电器驱动小功率交流电动 机的典型应用实例。
小功率交流电动机的控制
②单片机通过固态继电器驱动大功率交流电动机的典 型应用实例。
大功率交流电动机的控制
③用光敏电阻和SSR控制路灯开关 如下图所示
光控路灯开关示意图
④用温度器和SSR控制炉温 温度控制示意图
②随机开启型（P型非过零型）：
随机开启型输入端施加控制电压后输出端立即导通。 在输入电压撤消后，当负载电流低于双向可控硅的维 持电流时，SSR输出才关断。大功率负载的随机开启 有可能对电网造成污染，导致局部供电系统波形的变 形。 SSR的输入控制：
SSR的输入电路与TTL，CMS电路兼容，输入控制十 分方便，任何可以给出TTL电平的开关电路都可以用 来驱动SSR，例如晶体管开关电路，按钮开关电路及 各种电源为+5V的TTL或CMS熟数字逻辑IC卡。例如 下图所示：
如果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。如下图所示：
如果负载为交流电感式，必须使用AC SSR， SSR 的输出端并联压敏电阻以保护SSR。如下图所示：
压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值1.6~1.9 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，而且可以避免工频市电电源夹杂的尖蜂 电压施加在SSR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 度很窄，但幅度有高有低，高的可达千伏。当尖蜂电 压的幅度超过了SSR的阻端电压或其变化速度超出了 SSR在关闭状态下的d v/d t特性容限时，就会使SSR 在没有选通的情况下开启，造成执行机构的误动作。
2）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 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。
直流继电器接口
3.固态继电器隔离器件（大功率驱动接口） 1）电路原理
固态继电器结构框图 a)外部接线图 b)内部结构图
固态继电器(SSR)是一种无触点通断功率型电子开关。 它即有放大作用又有隔离作用，适合于驱动大功率管 式执行器件。 SSR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TTL电路兼容；另外二端是输出端， 内部设有输出保护电路。
②电感式负载 对于电感式负载，当SSR关断时，因为流过电感
式负载的电流不能突变，有可能在电感二端产生很高 的感应电压，导致SSR输出电路被烧坏，必须用续流 二极管（直流负载）或压敏电阻（交流负载）保护 SSR的安全。
如果负载为直流电感式，应当使用DC SSR，负载 上并联续流二极管保护SSR如下图所示：
⑤电动机驱动电路 电动机驱动电路示意图
思考题: 1.微处理器处理开关量信号时应考虑哪些
问题? 2.固态寄电器有哪几类?各有什么特点?
2)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
通过输出通道反串到CPU系统中，一般需要采用通道 隔离技术。（光-电隔离技术）
使用光电隔离器时，要注意以下4点：
3)输出驱动:
①要把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过 程进行控制的驱动信号，关键在于输出通道中的功 率驱动电路。
②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。
智能仪器
17-18学时
第2章 智能仪器的输入/输出通道及接口技术
（八） 开关量输出通道
主要讲解内容：
1）开关量输出的一般结构 2) 数字隔 离器件 3) 接口电路
一.开关量输出通道的结构与特点
开关量输出通道一般结构如下图所示：
1)输出锁存: 当对生产过程进行控制时，控制量往往 需要保持，直到输出新的控制量，所 以，每次输出的控制量就需要保存（锁存）。输出锁 存器可用可编程接口电路8255，也可用简单接口电路 如244，273，373等来实现。
2)固态继电器的接口电路 根据负载端所加电压的不同，SSR可分为直流型
和交流型两种，如果是单向直流固态继电器（DC SSR）的输出端与直流负载匹配；如果是双向交流 固态继电器（AC SSR）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 可达2500V以上

例1）输入端4接低电平，输 入端3接控制信号，控制信号 为高电平则SSR导通，控制 信号为低电平则SSR关断。
例2）输入端3接正电源，输入端4接控制信号，控制 信号为高电平则SSR关断，控制信号为低电平则SSR 导通。
SSR的输出负载：
①小电流负载 由于SSR内部除去输入电路外的所有其它电路都
是由输出端供电的，因此即使在输出端关断情况下， SSR仍维持一个关断状态电流，为了使负荷可靠地关 断，流过负载的开启电流至少应该是SSR关断状态电 流的10倍。如果负载电流低于这个值，负载上需要并 联一个电阻，以提高开启电流的数值。
AC SSR又分为二种类型 ①过零触发型（Z型），
过零触发型在输入信号有效后,必须在负载电源电压过 零时才接通输出端的负载电源,当输入端的控制信号撤 消后,必须等到交流负载电源电压的过零时刻才能断开 输出端的负载电源,具有零电压开启，零电流关断特性， 使用中对电网污染小，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能导通，这有可能造成最 大为半个市电周期的延迟。
总的来看输出通道的特点
1)小信号输出，大功率控制。 2)D/A转换。 3)输出通道距干扰源近，干扰大。
二.数字隔离器件
1. 光耦合隔离器件（小功率驱动接口） 2. 1）电路原理 光耦合器件是一种常用的以光为媒介传输信号的电 路，如下图所示：
图（a）是它的结构，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 号变为光信号，光敏三极管接收光信号，再将它转 变为电信号。图（b）是它的输入特性。
图（ｃ）是它的输出特性。（伏安特性）
2） 光耦合器件特点： ①输出信号与输入信号没有公共地,在电气上完全隔离. ②无触点，寿命长，可靠性高。 ③响应速度快，易与TTL电路配合使用。 3）光耦合器驱动接口
光耦合器4N25的接口电路
2.电磁继电器隔离器件（中功率驱动接口） 1）电路原理
Y
继电器工作原理图 继电器隔离器件主要是采用电磁式继电器组成的电路 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Y通过一定数值 的电流时，使输出回路中的常开触点闭合，常闭触点 打开。