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光耦继电器的工作原理以及它的各类参数的详细介绍

pk拾官网2018-09-25 10:20:17

光耦继电器(Optronics Relay)属于固态继电器,一般电磁继电器靠电流通过线圈使铁芯变成有磁性的磁铁吸合衔铁,从而使相关的触点动作控制负载的通断,而光耦继电器没有触点,其工作原理与光耦有点类似,基本结构如下图的所示:

 

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发光二极管用来向光电元件放射光线,光电元件接受光线并控制输出场效应管导通或截止。光耦继电器还有另一种可控硅整流管(SCR)输出,它的负载电流比场效应管更大,后者可达到数安培,而前者可达到几十安培。

相对于电磁继电器,光耦继电器由于没有触点引起的磨损,使用寿命是无限的,同时也具有无震动、无切换声音等特性,与电磁继电器一样可控制各种负载(灯泡、发光二极管、加热器、马达等)。

 

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(输出导通状态下)当解除施加到光耦继电器输入端的电池时,输入端的发光二极管将停止发光,由于光电元件不再有光线的照射,光电元件的电压将下降,当从光电元件供给的电压开始下降时,通过控制电路导致场效应管上的电荷快速放电,继而使场效应管不再导通,负载被断开,灯泡不发光。

这个过程中所消耗的时间称为复位时间toff(Turn off time)

 

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(输出截止状态下)当电池通过限流电阻施加到光耦继电器的输入端时,输入端的发光二极管将发光,发出的光照射到对面的光电元件,光电元件根据光的强度将其转换成相应的电压,同时控制电路向场效应管的栅极充电,当栅极的电压达到场效应管的开启电压时,场效应管开始导通,灯泡发光。

这个过程中消耗的时间称为动作时间tON(Turn on time)

 

由于前后两级采用光电耦合的方式,因此输入输出间的绝缘电阻Riso(Isolation resistance)非常大,通常最小1000M欧姆

 

光耦继电器在正常工作时的输入部分如下图所示:

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外加电压V经限流电阻R后施加到发光二极管,二极管正向导通后,即在输入回路产生正向电流IF(Forward current),同时在二极管两端产生正向压降VF(LED dropout voltage),调整限流电阻R即可调节正向电流,其关系为:

 

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正向电流最大值约为几十毫安,实际应用时不应超过数据手册中的最大值,否则发光二极管的寿命将缩短,甚至损坏。

如果我们将外加电压从小到大调节时,逐渐增大的正向电流将使发光二极管从暗变亮,当光线大小刚刚足以使输出导通时的最小电流称为LED触发正向电流或工作电流IFON(LED operate current);同样,当光耦继电器输出导通时,将外加电压从大到小调节,使输出刚刚关闭时的最大电流称为LED关断电流IFOFF(LED turn off current)

 

相反地,当输入端的发光二极管施加反向电压VR(LED reverse voltage),二极管处于截止状态,理想状态下回路中的电流为零,但实际二极管反向截止后的电阻是有限的,因此输入回路中还是会有一定的反向泄露电流IR(reverse current)。

实际应用时,反向电压不应超过数据手册规定的最大值,否则将导致二极管反向被击穿

 

 

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当输入发光二极管的光线足以使输出场效应管导通时,输出回路即产生回路电流,通常称之为连续负载电流IO,而把场效应管导通时的体电阻称为输出电阻RON(On resistance)

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当输出场效应管截止时,电池的电压将全部加在场效应管的两端,这时允许的最大电压称为负载电压VOFF,实际应用时不应超过最大值,否则场效应管可能会被击穿。

实际场效应管在截止时呈现的电阻不会是无穷大的,因此也会在输出回路产生一定的泄露电流ILEAK(Off state leakage current)

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既然是继电器,不可避免涉及到触点结构,与电磁继电器一样,光耦继电器

继电器的触点结构通常有3种,即

◆ 常开触点(normally open):Form A或NO(中国代号:H)

◆ 常闭触点(normally closed):Form B或NC(中国代号:D)

◆ 转换型触点(changeover):Form C或CO(中国代号:Z),这个触点结构可以理解为单刀双掷开关SPDT(Single-Pole Double-Throw)

 

相应的符号如下图所示:

 

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实际的继电器可能封装了一个或多个通道,因此相应的触点类型也有很多,比如1a(1开)、1b(1闭)、1c、1a1b(1开1闭)等等,都是由上述3种触点结构组合起来的

 

从上图可以看出,Form C可以看成是一个Form A与Form B的组合(一个单刀双掷开关总是与一侧相接触,同时与另一侧断开),用光耦继电器来组合则如下图所示:

 

 

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此时输入电阻R的值,应如由下式决定:

 

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即输入回路包含两个串联的发光二极管的正向压降。


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