變頻器電路中的光耦器件應(yīng)用研究

一、電路中為什么要使用光耦器件?

　　電氣隔離的要求。A與B電路之間，要進(jìn)行信號(hào)的傳輸，但兩電路之間由于供電級(jí)別過(guò)于懸殊，一路為數(shù)百伏，另一路為僅為幾伏;兩種差異巨大的供電系統(tǒng)，無(wú)法將電源共用;

　　A電路與強(qiáng)電有聯(lián)系，人體接觸有觸電危險(xiǎn)，需予以隔離。而B(niǎo)線路板為人體經(jīng)常接觸的部分，也不應(yīng)該將危險(xiǎn)高電壓混入到一起。兩者之間，既要完成信號(hào)傳輸，又必須進(jìn)行電氣隔離;

　　運(yùn)放電路等高阻抗型器件的采用，和電路對(duì)模擬的微弱的電壓信號(hào)的傳輸，使得對(duì)電路的抗干擾處理成為一件比較麻煩的事情——從各個(gè)途徑混入的噪聲干擾，有可能反客為主，將有用信號(hào)“淹沒(méi)”掉;

　　除了考慮人體接觸的安全，又必須考慮到電路器件的安全，當(dāng)光電耦合器件輸入側(cè)受到強(qiáng)電壓(場(chǎng))沖擊損壞時(shí)，因光耦的隔離作用，輸出側(cè)電路卻能安全無(wú)恙。

　　以上四個(gè)方面的原因，促成了光耦器件的研制、開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。光耦的基本作用，是將輸入、輸出側(cè)電路進(jìn)行有效的電氣上的隔離;能以光形式傳輸信號(hào);有較好的抗干擾效果;輸出側(cè)電路能在一定程度上得以避免強(qiáng)電壓的引入和沖擊。

　　二、光電耦合器件的一般屬性：

　　1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸入側(cè)一般采用發(fā)光二極管，輸出側(cè)采用光敏晶體管、集成電路等多種形式，對(duì)信號(hào)實(shí)施電-光-電的轉(zhuǎn)換與傳輸。

　　2、輸入、輸出側(cè)之間有光的傳輸，而無(wú)電的直接聯(lián)系。輸入信號(hào)的有無(wú)和強(qiáng)弱控制了發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，而輸出側(cè)接受光信號(hào)，據(jù)感光強(qiáng)度，輸出電壓或電流信號(hào)。

　　3、輸入、輸出側(cè)有較高的電氣隔離度，隔離電壓一般達(dá)2000V以上。能對(duì)交、直流信號(hào)進(jìn)行傳輸，輸出側(cè)有一定的電流輸出能力，有的可直接拖動(dòng)小型繼電器。特殊型光耦器件能對(duì)毫伏，甚至微伏級(jí)交、直流信號(hào)進(jìn)行線性傳輸。

　　4、因光耦的結(jié)構(gòu)特性，輸入、輸出側(cè)需要相互隔離的獨(dú)立供電電源，即需兩路無(wú)“共地”點(diǎn)的供電電源。下述一、二類(lèi)光耦輸入側(cè)由信號(hào)電壓提供了輸入電流通路，但實(shí)質(zhì)上輸入信號(hào)回路，也是有一個(gè)供電支路的;而線性光耦，則輸入側(cè)與輸出側(cè)一樣，是直接接有兩種相隔離的供電電源的。

　　三、在變頻器電路中，經(jīng)常用到的光電耦合器件，有三種類(lèi)型：

　　1、一種為三極管型光電耦合器，如PC816、PC817、4N35等，常用于開(kāi)關(guān)電源電路的輸出電壓采樣和誤差電壓放大電路，也應(yīng)用于變頻器控制端子的數(shù)字信號(hào)輸入回路。結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，輸入側(cè)由一只發(fā)光二極管，輸出側(cè)由一只光敏三極管構(gòu)成，主要用于對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的隔離與傳輸;

　　2、第二種為集成電路型光電耦合器，如6N137、HCPL2601等，輸入側(cè)發(fā)光管采用了延遲效應(yīng)低微的新型發(fā)光材料，輸出側(cè)為門(mén)電路和肖基特晶體管構(gòu)成，使工作性能大為提高。其頻率響應(yīng)速度比三極管型光電耦合器大為提高，在變頻器的故障檢測(cè)電路和開(kāi)關(guān)電源電路中也有應(yīng)用;

　　3、第三種為線性光電耦合器，如A7840。結(jié)構(gòu)與性能與前兩種光耦器件大有不同。在電路中主要用于對(duì)mV級(jí)微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行線性傳輸，在變頻器電路中，往往用于輸出電流的采樣與放大處理、主回路直流電壓的采樣與放大處理。

　　下圖為三類(lèi)光耦器件的引腳、功能原理圖：

　　三種光耦合器電路圖

　　四、第一類(lèi)光耦器件的測(cè)量與在線檢測(cè)：

　　第一類(lèi)型的光電耦合器，輸入端工作壓降約為1.2V，輸入最大電流50mA，典型應(yīng)用值為10 mA;輸出最大電流1A左右，因而可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，輸出飽合壓降小于0.4V。可用于幾十kHz較低頻率信號(hào)和直流信號(hào)的傳輸。對(duì)輸入電壓/電流有極性要求。當(dāng)形成正向電流通路時(shí)，輸出側(cè)兩引腳呈現(xiàn)通路狀態(tài)，正向電流小于一定值或承受一定反向電壓時(shí)，輸出側(cè)兩引腳之間為開(kāi)路狀態(tài)。

　　測(cè)量方法：

　　數(shù)字表二極管檔，測(cè)量輸入側(cè)正向壓降為1.2V，反向無(wú)窮大。輸出側(cè)正、反壓降或電阻值均接近無(wú)窮大;

　　指針表的x10k電阻檔，測(cè)其1、2腳，有明顯的正、反電阻差異，正向電阻約為幾十kΩ，反向電阻無(wú)窮大;3、4腳正、反向電阻無(wú)窮大;

　　兩表測(cè)量法。用指針式萬(wàn)用表的x10k電阻檔(能提供15V 或9V、幾十μA的電流輸出)，正向接通1、2腳(黑筆搭1腳)，用另一表的電阻檔用x1k測(cè)量3、4腳的電阻值，當(dāng)1、2腳表筆接入時(shí)，3、4腳之間呈現(xiàn)20kΩ左右的電阻值，脫開(kāi)1、2腳的表筆，3、4腳間電阻為無(wú)窮大。

　　可用一個(gè)直流電源串入電阻，將輸入電流限制在10mA以內(nèi)。輸入電路接通時(shí)，3、4腳電阻為通路狀態(tài)，輸入電路開(kāi)路時(shí)，3、4腳電阻值無(wú)窮大。

　　3、4種測(cè)量方法比較準(zhǔn)確，如用同型號(hào)光耦器件相比較，甚至可檢測(cè)出失效器件(如輸出側(cè)電阻過(guò)大)。

　　上述測(cè)量是新器件裝機(jī)前的必要過(guò)程。對(duì)上線不便測(cè)量的情況下，必要時(shí)也可將器件從電路中拆下，離線測(cè)量，進(jìn)一步判斷器件的好壞。