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淺談光耦電路在開關量採集電路中的設計

開關量採集電路適用於對開關量訊號進行採集,如迴圈泵的狀態訊號,進出倉閥門的開關狀態燈開關量。汙染源線上檢測儀可採集16路開關訊號,輸入24VDC;設定當輸入範圍為18~24VDC時,認為是高電平,被監視的裝置處於工作狀態;當輸入低於18VDC時,認為是低電平,被監視的裝置處於停止狀態。

為了避免電氣特性及惡劣工作環境帶來的干擾,該電路採用光電耦合器TLP521對訊號實現了一次電-光-電的轉換,從而起到輸入\輸出隔離的作用。

同時,電路中還添加了LED工作指示燈,可以使使用者對每一通路的工作情況一目瞭然。其中一路的開關量採集電路如圖1所示:

                             

                                                          圖1 開關量採集電路

光耦TLP521將紅外發光二極體和發光三極體相互絕緣的組合在一起,發光二極體為輸入回來,它將電能轉換成光能;發光三極體為輸出迴路,它將光能再轉換成電能,實現了兩部分電路的電氣隔離。

當輸入範圍為18~24VDC時,認為是高電平,此時光耦導通,電阻R1和R3和發光二極體公頭構成輸入迴路。

根據光耦導通時電流為4~10mA,當輸入最高電壓24V時,

當輸入低於18V時認為是低電平,此時光耦的工作電流肯定低於4mA,此時光耦不導通,電阻R1,R3和R2公頭構成輸入迴路,所以:

即R1+R3+R2 > 4.5KΩ。在設計中,選擇R1 = R3 = 2KΩ,R2 = 1KΩ。

光耦導通的最小電流為4mA,根據光耦的電路傳輸比CTR(Current Transfer Ratio)為50%,指當管壓降Uce足夠大時,集電極電流IC與發光二極體輸入電流IF的百分比,所以集電極電路:IC =IF * 50% = 4mA * 59 = 2mA,同時為了使光電三極體儘快進入飽和區,選取上拉電阻 R4 = 4.7KΩ。

最後,為了保護光耦,防止大的輸入電壓突變,在限流電阻R2的兩端並聯肖特基二極體1N5819.