§1.5--后向通道及接口2选读.ppt

;§1.5 后向通道与接口技术;一、后向通道;;;;3、后向通道应解决的问题 (1)功率驱动。将单片机输出的信号进行功率放大，以满足伺服驱动的功率要求。 (2)干扰防治。主要防治伺服驱动系统通过信号通道、电源以及空间电磁场对计算机系统的干扰。通常采用信号隔离、电源隔离和对大功率开关实现过零切换等方法进行干扰防治。 (3)数／模转换。对于二进制输出的数字量采用D／A变换器；对于频率量输出则可以采用F／V转换器变换成模拟量。 ;二、后向通道中的常用器件及电路;1、大功率I／O口接口电路 在CPU应用系统中，开关量都是通过单片机的I／O口或扩展I／O口输出的。这些I／O口的驱动能力有限。例如标准的TTL门电路在0电平时吸收电流的能力约为16mA，常常不足以驱动一些功率开关(如继电器、电机、电磁开关等)，因此，需要一些大功率开关接口电路 功率晶体管驱动 典型的开关功率管具有高速、中等功率特性，其驱动电流可达800mA，击穿电压为40V。如在500mA和10V处，典型的正向电流增益为30，要开关500mA负载电流时，其Ib至少需供给17mA。 ;在晶体管驱动电路中，开关晶体管的驱动电流IC必须足够大，否则晶体管会增加其管压降来限制其负载电流，从而有可能使晶体管超过允许功耗而损坏。 ;2．达林顿驱动电路 对于典型的开关晶体管电路，输出电流是输入电流乘以晶体管的增益。要保证有足够大的输出电流必须采取增大输入驱动电流，多级放大和提高晶体管增益。 ;2．达林顿驱动电路 采用达林顿驱动电路主要是采用多级放大和提高晶体管增益，避免加大输入驱动电流。这种结构形式具有高输入阻抗和极高的增益。 单个达林顿晶体管： ;IC达林顿晶体管驱动器: ULN2608,ULN2003;;ULN2003;;3．闸流晶体管(可控硅整流器) 在开关工作应用中，可控硅整流器只工作在导通或截止状态。 由于SCR通常用来控制交流大电压开关负载，故不宜直接与数字逻辑电路相连。在实际使用时应采取隔离措施，如光电耦合隔离。 双向可控硅 ;;4．机械继电器 在数字逻辑电路中最常使用的机械继电器有簧式继电器。簧式继电器由两个磁性簧片组成，受磁场作用时，两个簧片相接触而导通。这种簧式继电器控制电流要求很小，而簧式触点可开关较大的电流。例如，控制线圈为380Ω时，可直接由5V输入电压驱动，驱动电流为13mA，而簧片触点可通过500mA至几十A。但与逻辑电路相配用的簧式继电器一般小于1A。 簧式继电器的接口电路如图所示。触点两端的齐纳二极管用来防止产生触点电弧。;机械继电器的开关响应时间较大，计算机应用系统中使用机械继电器时，控制程序中必须考虑开关响应时间的影响。;5．功率场效应管(MOSFET) 中功率、大功率场效应管构成的功率开关驱动器件可高频工作，输入电流小，并能随意地截止，兼有晶体管开关和SCR的全部优点。 由于场效应管(FET)是电荷控制器件，只在开关的过程中才需要电流，而且只要求微安级的输入电流。控制的输出电流可以很大。例如VN84GA在低频时耗散功率为80W，而在30MHz时可耗散50W，控制电流可达1 2.5A，图为VMOSFET电机控制电路，其中 VN66AF为小功率VMOSFET。 ;6、固态继电器(SOLID STATE RELAYS --SSR) 固态继电器是一种无触点通断功率型电子开关，又名固态开关。 当施加触发信号后其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。它利用了分立器件和集成器件及微电子技术实现了控制回路(输入端)与负载回路(输出端)之间的电隔离及信号耦合，没有任何可动部件或触点。 实现了具有相当于电磁继电器一样的功能。;①固态继电器的结构原理 固态继电器通常是一个四端组件，两个为输入端，两个为输出端。图为其结构框。它至少由三个部分组成，即输入电路、隔离部分和输出电路。;;单相直流电路板式固态继电器 ;单相交流电路板式固态继电器 ;固态继电器有许多类型可供用户选择： 按品种分有军品、民品、I／O模块； 按输出功能分有直流型、过零型、非过零型； 按隔离方式分有光隔离和变压器隔离； 按封装结构形式分有塑封型和金属壳全密封型固态继电器，以及各种特殊用途的固态继电器。 ②　固态继电器的优点 由于固态继电器是由固态元件组成的无触点开关器件。这种结构特点决定了它比电磁继电器工作可靠，寿命长，对外界干扰小，能与逻辑电路兼容，抗干扰能力强，开关速度快，使用方便。;③　固态继电器的应用特性 根据产品的功能不同，输出电路可接交流或直流。对交流负载的控制有过零不过零控制功能。其控制波形如图所示。 由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网，为此特设“过零控制电路”。 所谓“过零”是指，当加入控制信号，交流电压过零时，SSR即为通态；而