第4章开关量输入输出的隔离技术

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1、第四章开关量输入输出的隔离技术开关量的输入输出隔离主要有两个目的：电气隔离，防止被隔离两边的电噪声干扰；电平转换，两边的工作电平、电源电压、信号极性都可以不同。1、廉价实用的TLP521-XTLP521-1TLP521-2TLP521-4图4.1TLP521的各种封装及引脚排列4.1开关量输入端隔离开关量的输入隔离一般使用光电隔离器件。可以使用的光电隔离器件很多，有许多器件性能相近，普通开关量的输入隔离使用TLP521-X即可工作频率不高，一般限制在10KHZ以内A图输入高电平，输出高电平，输入低电平，输出低电平；b图输入高电平，输出低电平，输入低电平，输

2、出高电平图4.2基本的光电隔离电路（1）R1可按驱动电流5～10mA,选择驱动发光二极管的驱动器件任意，只要能保证长时间提供5~10mA电流即可（2）R2可取2.2K~10K，太小则电路功耗增大，太大则抗干扰能力减弱，且关断时输出端的上升速度将减慢,VCCX=+5V时，R2可取3.3KVCCIN1VCCXDOUTGNDXR1R2TLP521基本的光隔电路（一）图4.2基本的光隔电路（a）（1）此种接法更为常用（2）VCCX=+5V时，R4去掉VCCX=+12V时，R4取6.8K(或改用ULN2004）VCCX=+24V时，R4取20K(或改用ULN2002

3、）VCCIN1VCCXULN2003R3R4TLP521基本的光隔电路（二）图4.2基本的光隔电路（b）D1~D4用于输入状态的直观显示，R1~R4的输入限流电阻，使用1/4瓦电阻即可。不使用D1~D4时，限流电阻取330Ω即可。输出上拉电阻功耗较小，可以使用排阻。要求响应速度较高时，排阻阻值应适当减小。图中假设VCC和VCCX均为5V。图4.3实用的隔离电路输入TLP521的正常工作频率应限制在10kHz以下，在大于10kHz时，必须考虑负载电阻对工作频率的影响。原则上，降低负载电阻阻值对工作频率的提高有利，负载电阻最低可降至1kΩ。对波形要求较高的场合

4、，工作频率应适当降低，并应在输出端加接施密特触发器整形电路。图4.4TLP521的负载电阻对开关时间的影响2、高频脉冲的隔离对波形要求较高的场合，应使用高频特性好的光隔如4N25(300KHZ)、4N35(300KHZ)、6N136(2MHZ)4N356N136光敏二极管的开关时间通常比光敏三极管小负载电阻越小，开关时间越短，光耦的开关速度越高。最小负载电阻可以小到500Ω。带基极引脚的光耦，其基极应使用一电阻接到集电极，阻值以50kΩ到100kΩ为佳。如省略该电阻，则开关时间会大4~5倍，则开关频率就降低4~5倍。不应该省略该电阻。图4.54N35负载电

5、阻及基极-发射极电阻对开关时间的影响影响工作频率的因素：（1）负载电阻，越小，开关速度越快,最好不小于1000Ω（2）基极电阻，一般取50KΩ~100KΩLED+LED-NCBCEDINDOUT7406R1R1100kR3550ΩVCCVCCX4N35GNDX74LS14图4.6可以工作到115.2波特的光隔电路（1）VCCX取5V时，负载电阻R3应取2.2KΩ~3.3KΩ（2）74LS14用于整形，为保证输出波形为理想的方波，防止出现干扰脉冲等非正常情况的发生，输出端使用施密特触发器对波形整形DINDOUT7406R1R32.2KΩVCCVCCX6N13

6、6GNDX74LS14图4.7用6N136的光隔电路4.2DC-DC变换器的应用独立的直流电源是光电隔离电路的基本条件。DC-DC变换器通常可以提供几毫安到数百毫安电流的各种隔离电压输出从工作原理分，DC-DC变换器通常有电荷泵变压、脉宽调制变压、电荷泵与脉宽调制组合变压、隔离变压器变压等多种。前几种的变压通常是全电子的，因而输入与输出无隔离；后者通常可提供1000V以上的电压隔离。集成电路DC-DC变换器电荷泵变压、脉宽调制变压、前二者的组合变压隔离变压器型DC-DC变换器真正隔离1、集成电路DC-DC变换器效率高、体积小、以小电流应用为主(互补电压：电

7、路生成两个模拟电压，用一种互补方式可以改变这两个电压。当直通输出电压上升时，互补的输出电压下降，反之亦然。两个输出电压之和为恒定值：VOUT+VOUTC=VREF）（1）ICL7660Intersil公司输出：1.5V~10V输：互补电压（通常为正电压入、负电压出)主要用于单电源供电的A/D转换场合（2）MAX640/MAX848Maxim公司输入：5V输出：3.3V,典型应用为给低电压器件供电（3）MAX735输入：4V~6.2V输出：－5V（4）MAX737输入：4V~8.6V输出：－15V-15V输出可给LCD提供负偏置电压单电源输出变换器（1）MA

8、X742输入：4.2V~10V输出：±12V，±15V,±2A（2