光耦的功率接口設計技術

微機測控系統中，經常要用到功率接口電路，以便于驅動各種類型的負載，如直流伺服電機、步進電機、各種電磁閥等。這種接口電路一般具有帶負載能力強、輸出電流大、工作電壓高的特點。工程實踐表明，提高功率接口的抗干擾能力，是保證工業自動化裝置正常運行的關鍵。
    就抗干擾設計而言，很多場合下，我們既能采用光電耦合器隔離驅動，也能采用繼電器隔離驅動。一般情況下，對于那些響應速度要求不很高的啟停操作，我們采用繼電器隔離來設計功率接口；對于響應時間要求很快的控制系統，我們采用光電耦合器進行功率接口電路設計。這是因為繼電器的響應延遲時間需幾十ms，而光電耦合器的延遲時間通常都在10us之內，同時采用新型、集成度高、使用方便的光電耦合器進行功率驅動接口電路設計，可以達到簡化電路設計，降低散熱的目的。
    圖7是采用光電耦合器隔離驅動直流負載的典型電路。因為普通光電耦合器的電流傳輸比CRT非常小，所以一般要用三極管對輸出電流進行放大，也可以直接采用達林頓型光電耦合器(見圖8)來代替普通光耦T1。例如東芝公司的4N30。對于輸出功率要求更高的場合，可以選用達林頓晶體管來替代普通三極管，例如ULN2800高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品，它的輸出電流和輸出電壓分別達到500mA和50V。
 
圖7 光電隔離，加三極管放大驅動
 
圖8 達林頓型光電耦合器
    對于交流負載，可以采用光電可控硅驅動器進行隔離驅動設計，例如TLP541G，4N39。光電可控硅驅動器，特點是耐壓高，驅動電流不大，當交流負載電流較小時，可以直接用它來驅動，如圖9所示。當負載電流較大時，可以外接功率雙向可控硅，如圖10所示。其中，R1為限流電阻，用于限制光電可控硅的電流；R2為耦合電阻，其上的分壓用于觸發功率雙向可控硅。
 
圖9 小功率交流負載
 
圖10 大功率交流負載
    當需要對輸出功率進行控制時，可以采用光電雙向可控硅驅動器，例如MOC3010。圖11為交流可控驅動電路，來自微機的控制信號 經過光電雙向可控硅驅動器T1隔離，控制雙向可控硅T2的導通，實現交流負載的功率控制。
 
圖11 交流可控電路
    圖12為交流電源輸出直流可控電路。來自微機的控制信號 經過光電雙向可控硅驅動器隔離，控制可控硅橋式整流電路導通，實現交流一直流的功率控制。此電路已經應用在我們實驗室研制的新型電機控制設備中，效果良好。
 
圖12 交-直流可控