开关量输出通道

如果负载为直流电感式而负载电源为交流电源， 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： 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 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： 的输出端并联压敏电阻以保护 。如下图所示：
总的来看输出通道的特点 1)小信号输出，大功率控制。 1)小信号输出，大功率控制。 小信号输出 2)D/A转换 转换。 2)D/A转换。 3)输出通道距干扰源近 干扰大。 输出通道距干扰源近， 3)输出通道距干扰源近，干扰大
二.数字隔离器件
光耦合隔离器件（小功率驱动接口） 1. 光耦合隔离器件（小功率驱动接口） 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： 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 是它的结构， 封装在同一个管壳内， 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， 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。 是它的输入特性 输入特性。 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） （ｃ）是它的输出特性。（伏安特性） 是它的输出特性。TTL，CMS电路兼容，输入控制十 电路兼容， 的输入电路与 ， 电路兼容 分方便，任何可以给出TTL电平的开关电路都可以用 分方便，任何可以给出 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 来驱动 ，例如晶体管开关电路， 各种电源为+5V的TTL或CMS熟数字逻辑 卡。例如 熟数字逻辑IC卡 各种电源为 的 或 熟数字逻辑 下图所示： 下图所示： 接低电平， 例1）输入端 接低电平，输 ）输入端4接低电平 入端3接控制信号 接控制信号， 入端 接控制信号，控制信号 为高电平则SSR导通，控制 导通， 为高电平则 导通 信号为低电平则SSR关断。 关断。 信号为低电平则 关断
随机开启型（ 型非过零型 型非过零型）： 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。 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， 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， 输出才关断。 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 有可能对电网造成污染， 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： 的输入控制： 的输入控制
智能仪器
17-18学时 17-18学时
智能仪器的输入/ 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： 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： 开关量输出通道一般结构如下图所示：
接正电源， 接控制信号， 例2）输入端 接正电源，输入端 接控制信号，控制 ）输入端3接正电源 输入端4接控制信号 信号为高电平则SSR关断，控制信号为低电平则 关断， 信号为高电平则 关断 控制信号为低电平则SSR 导通。 导通。
SSR的输出负载： 的输出负载： 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 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， 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 仍维持一个关断状态电流， 仍维持一个关断状态电流 流过负载的开启电流至少应该是SSR关断状态电 断，流过负载的开启电流至少应该是 关断状态电 流的10倍 如果负载电流低于这个值， 流的 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。 联一个电阻，以提高开启电流的数值。
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 继电器动作时，对电源有一定的干扰， 片机系统的可靠性，在单片机和继电器、 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
3.固态继电器隔离器件（大功率驱动接口） 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 1）电路原理
3)输出驱动: 3)输出驱动: 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， 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。 率驱动电路。 根据现场开关器件功率的不同， 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。 动电路的构成方式。
②电感式负载 对于电感式负载， 关断时， 对于电感式负载，当SSR关断时，因为流过电感 关断时 式负载的电流不能突变， 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 输出电路被烧坏， 的感应电压，导致 输出电路被烧坏 二极管（直流负载）或压敏电阻（交流负载） 二极管（直流负载）或压敏电阻（交流负载）保护 SSR的安全。 的安全。 的安全 如果负载为直流电感式，应当使用DC SSR，负载 如果负载为直流电感式，应当使用 ， 上并联续流二极管保护SSR如下图所示： 如下图所示： 上并联续流二极管保护 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 压敏电阻的阀值电压可按电源电压的有效值 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 一个通路， 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 的输出端。 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， 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。 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 压的幅度超过了 的阻端电压或其变化速度超出了 SSR在关闭状态下的 v/d t特性容限时，就会使 在关闭状态下的d 特性容限时， 在关闭状态下的 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。 在没有选通的情况下开启，造成执行机构的误动作。
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，如果是单向直流固态继电器（DC 和交流型两种，如果是单向直流固态继电器（ SSR）的输出端与直流负载匹配；如果是双向交流 ）的输出端与直流负载匹配； 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， 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 可达 以上
2） 光耦合器件特点： 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. 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。 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。 响应速度快，易与TTL电路配合使用。 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） 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 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。 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 用的开关控制器件。当它的电磁线圈 通过一定数值 的电流时，使输出回路中的常开触点闭合， 的电流时，使输出回路中的常开触点闭合，常闭触点 打开。 打开。
1)输出锁存: 1)输出锁存: 输出锁存 当对生产过程进行控制时， 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， 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 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 8255， 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。 244，273，373等来实现。 等来实现
①当光电隔离器导通时，必须输入足够大的导通电流， 当光电隔离器导通时，必须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。 使发光二极管发出的光使输出端动作。 光电隔离器只能通过一定频率以下的脉冲信号。 ②光电隔离器只能通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通过频率比较高的光 电隔离器 光电隔离器输出端的灌电流不能太大， ③光电隔离器输出端的灌电流不能太大，否则可能使 输出端击穿，导致光电隔离器的损坏， 输出端击穿，导致光电隔离器的损坏，因而在光电 隔离器与被控对象之间要加驱动电路。 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， ④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，否则外部干扰可能通过地线串到CPU中去， 中去， 的电源，否则外部干扰可能通过地线串到 中去 这样就失去了隔离作用。 这样就失去了隔离作用。 解决的方法有两个： 解决的方法有两个：即在光电隔离的两侧分别使用 不同的电源，也可用DC-DC变换的方法往输出端提 不同的电源，也可用 变换的方法往输出端提 供一个与光隔输入端隔离的电源。 供一个与光隔输入端隔离的电源。
几种基本的SSR输入端驱动方式 a)触点控制 b)TTL驱动 c)CMOS驱动
SSR又分为二种类型 AC SSR又分为二种类型 过零触发型（ 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 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 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 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， 负载电源,具有零电压开启 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， 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， 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。 大为半个市电周期的延迟。