開關(guān)量采集回路選用光耦隔離，光耦作為電路之間的信號(hào)傳輸，使前端與負(fù)載完全隔離，增加安全性，減少電路干擾。該回路的運(yùn)行質(zhì)量直接影響著保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，所以需要采取一些電路的保護(hù)措施增加開關(guān)量采集回路的安全可靠性。光耦回路設(shè)計(jì)的缺陷是直接導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的根本原因。以下我們我們就討論一下解決方案。
典型的開關(guān)量采集回路的功能主要是濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動(dòng)。以光耦輸入端為24VDC，隔離輸出端為主控CPU系統(tǒng)單元為例，如圖
圖中電路選用的光耦型號(hào)為TLP521-1，為線性光耦，由于光電耦合的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠，且體積小，成本低。電阻R1根據(jù)輸入電壓選擇，根據(jù)GB要求所選電阻值將輸入電壓控制在55%-70%之間動(dòng)作。即（55%-70%）U=（13.2V-16.8V），在13.2V以下完全截止，16.8V以上完全導(dǎo)通。假設(shè)光耦導(dǎo)通電流為4mA-10mA。當(dāng)輸入為16.8V以上時(shí)，此時(shí)光耦導(dǎo)通，所以就有1.7K<R1<4.2KΩ。當(dāng)輸入為13.2V以下時(shí)，此時(shí)光耦電流一定低于4mA，此時(shí)光耦不導(dǎo)通，所以有13.2/R1<4mA,即R1>3.4KΩ，電阻R1可以選擇3.4K-4.2KΩ之間的一個(gè)值。光耦的導(dǎo)通最小電流為4mA，根據(jù)它的電流傳輸比CTR為50%，集電極的電流IC=IF*50%=4mA*50%=2mA，同時(shí)為了使光電三極管盡快進(jìn)入飽和區(qū)，選擇上拉電阻R2為4.7KΩ。防止輸入電壓有大的突變，在光耦兩端并聯(lián)一個(gè)肖基特二極管D1來(lái)保護(hù)光耦，電容C1和R1構(gòu)成低通濾波電路，濾掉輸入信號(hào)夾雜的各種干擾信號(hào)。
在實(shí)際應(yīng)用中，電力系統(tǒng)外圍電路提供給裝置輸入電壓通常為直流220V，上圖的電路不能滿足需求，因此在回路中串聯(lián)了一個(gè)47V/1W的穩(wěn)壓二極管Z1及限流電阻R3、R4，輸入的220VDC電壓先經(jīng)過(guò)R4電阻分壓，當(dāng)R4兩端電壓達(dá)到100V以上時(shí)，使Z1反向穩(wěn)壓，電壓經(jīng)R1、R3限流達(dá)到驅(qū)動(dòng)光耦導(dǎo)通電流后導(dǎo)通。該電路在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在50Hz交流干擾很大的環(huán)境下發(fā)生誤導(dǎo)通現(xiàn)象，故對(duì)該電路進(jìn)行了改進(jìn)，如圖
該電路將電容C1并聯(lián)在電阻R4的兩端，增加了一個(gè)肖基特二極管D2.并且將穩(wěn)壓管Z1更換為耐壓100V/1W的穩(wěn)壓管，提高了回路擊穿電壓。當(dāng)加入干擾脈沖時(shí)，穩(wěn)壓管Z1不導(dǎo)通電容C1充電過(guò)程有效的吸收了脈沖，干擾脈沖過(guò)后，電容C1經(jīng)過(guò)R4放電，從而避免了光耦元件U1受干擾導(dǎo)通。未增加二極管D2時(shí)候，在輸入端做電氣騷擾實(shí)驗(yàn)，150VAC電壓經(jīng)兩個(gè)串行電容加到輸入端，光耦導(dǎo)通，CPU端有信號(hào)輸入，實(shí)驗(yàn)測(cè)得二極管D2負(fù)端對(duì)地電壓為150VAC，增加D2后做電氣騷擾實(shí)驗(yàn)，輸入端加150VAC，電壓經(jīng)過(guò)二極管D2，將電壓降低為20VAC，該電壓?jiǎn)?dòng)不了光耦，這樣就解決了交流干擾引起的開關(guān)量導(dǎo)通的問(wèn)題。
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