《后向通道及接口》PPT课件

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1、§1.5后向通道与接口技术1§1.5后向通道与接口技术后向通道后向通道中的常用器件及电路后向通道中的D/A转换及接口2一、后向通道后向通道是CPU或计算机对控制对象实现控制操作的输出通道。1、后向通道的特点2、后向通道的结构3、后向通道应解决的问题31、后向通道的特点(1)小信号输出、大功率控制。根据目前CPU输出功率的限制，不能输出控制对象所要求的功率信号。(2)是一个输出通道。输出伺服驱动控制信号，而伺服驱动系统中的状态反馈信号通常是作为检测信号输入前向通道。(3)接近控制对象，环境恶劣。控制对象多为大功率伺服驱动机构，电磁、机械干扰较为严重。后向通道是一个输出通道，而且输出

2、电平较高，不易受到直接损害；但这些干扰易从系统的前向通道窜入。42、后向通道的结构根据CPU的输出信号形式和控制对象的特点，后向通道结构如图所示。单片机在完成控制处理后，总是以数字信号通过I／O口或数据总线送给控制对象。这些数字信号形态主要有开关量、二进制数字量和频率量，可直接用于开关量、数字量系统及频率调制系统，但对于一些模拟量控制系统，则应通过数／模转换变换成模拟量控制信号。563、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

3、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。7二、后向通道中的常用器件及电路后向通道中常用的器件及电路主要有数／模转换、功率驱动和干扰防治器件及电路。（一）功率开关接口器件及电路在CPU输出开关量后，需进行功率放大，才能驱动开关量外设。实际的应用系统中，大量使用的是开关量的驱动、控制。常用的功率开关接口器件及电路有：功率开关驱动电路、功率型光电耦合器、集成驱动芯片及固体继电器等。81、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

4、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。①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。92．达林顿驱动电路对于典型的开关晶体管电路

5、，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。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：10IC达林顿晶体管驱动器:ULN2608,ULN20031112ULN200313143．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15164．机械继电器在数字逻辑电路中最

6、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。175．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

7、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12.5A，图为VMOSFET电机控制电路，其中VN66AF为小功率VMOSFET。186、固态继电器(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