Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

191

5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСНЫЕ СРЕДСТВА

При построении интерфейсов необходимо решать не только задачи, свя-

занные с логическим взаимодействием устройств и структурой передаваемых

сообщений. Существует определенный круг задач, обычно выходящих за

рамки интерфейсных протоколов, но требующих обязательного решения для

улучшения эксплуатационных характеристик, повышения надежности и по-

мехозащищенности, расширения функциональных возможностей и т.

п. Неко-

торые виды устройств для решения этих дополнительных задач рассмотрены

в данной главе.

5.1. Компоненты гальванической изоляции

В ряде случаев интерфейсы должны передавать сигналы между устройст-

вами, работающими в разных условиях и поэтому не допускающими непо-

средственного соединения электрических цепей. В этих условиях необходи-

мо передавать сигналы, одновременно обеспечивая

полную гальваническую

изоляцию этих устройств друг от друга. Особенно часто применение средств

гальванической изоляции требуется при относительно длинных линиях связи,

начиная с расстояний в единицы метров. Электронные компоненты, обеспе-

чивающие гальваническую изоляцию, предназначены для выполнения сле-

дующих функций:

• защита интерфейсных устройств при “горячем” включении от проте-

кания импульсов тока, возникающих

из-за разности потенциалов со-

единяемых сигнальных цепей;

• согласование уровней входных и выходных сигналов микросхем и

устройств, работающих при различных питающих напряжениях;

• измерение малых напряжений и токов в цепях, к которым приложено

значительное напряжение относительно "земли";

• исключение влияния паразитных связей через общую с другими уст-

ройствами "земляную"

шину, а также токов утечек от других уст-

ройств в чувствительные измерительные цепи;

• защита человека и электронных приборов от опасных воздействий

внешних источников напряжений и токов.

Гальваническая изоляция между элементами достигается применением не

электрической, а оптической, емкостной или магнитной связи для переда-

чи сигналов. В свою очередь, магнитная связь

может быть реализована с по-

мощью трансформатора, магниторезистора или элемента Холла. Наиболее

важными параметрами устройств гальванической изоляции являются:

• электрическая прочность изоляции;

• максимальная скорость нарастания синфазного сигнала;

• число каналов передачи сигналов;

• скорость передачи сигнала;

192

• потребляемая мощность.

В общем случае компонент гальванической изоляции состоит из входного

и выходного устройств (рис. 5.1), разделенных каналом связи. При этом пи-

тание входной и выходной частей осуществляется от двух независимых ис-

точников, и они не имеют общих электрических цепей.

Рис. 5.1. Структурная схема элемента с гальванической изоляцией

Конструктивно элементы

гальванической изоляции выполняются в виде

сборок, содержащих несколько интегральных и дискретных компонентов в

герметизированных корпусах. Обычно внешние габариты соответствуют

корпусам интегральных схем DIP4 или SOIC8/16 с увеличенными размера-

ми. Некоторые компоненты имеют встроенные изолированные источники

питания.

5.1.1. Изоляторы с оптической связью

Элементы с оптическим каналом связи называются оптопары. В таких

элементах в

качестве излучателя обычно применяется светодиод, а в качестве

приемника – фотодиод или фототранзистор. Если в качестве приемника ис-

пользуется тиристор или симистор, то такая оптопара называется соответст-

венно оптотиристор и оптосимистор. В более сложных оптопараx в качестве

выходного устройства может применяться интегральная схема со светочувст-

вительным элементом и мощными ключами на

выходе. Эти ключи обычно

выполняются на полевых транзисторах, в таком исполнении оптопара имеет

название “твердотельное реле”.

Входное

устройство

Выходное

устройство

Ucc1 Ucc2

GND1 GND2

канал

связи

193

Компоненты с оптоэлектронной изоляцией изготавливают многими ком-

паниями: Burr-Brown, Maxim, Sharp, NEC, Toshiba, Infineon, Fairshild, Agilent

Technologies [www.semiconductor.agilent.com], COSMO Electronics

[www.cosmo-ic.com] и др.

В качестве примера в табл. 5.1 приведены типы и структуры оптопар

COSMO Electronics, а в табл. 5.2-5.5 – их основные параметры.

Таблица 5.1

194

Таблица 5.2

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток

IF,[мА]

Uк-э,

VCEO[В]

Коэф.передачи

по току, мин,

CTR(%)

Электрическая

прочность изоля-

ции Viso [В]AC

Одноканальные транзисторные оптопары

K1010

4-pin

DIP,SM

D,H

Компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 60 60 5000

K2010

6-pin

DIP,SM

D,H

Компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 60 60 5000

K3010

4-pin

DIP,SM

D,H

АС вход,

компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

±50 60 60 5000

KP4010

4-pin

DIP,SM

D,H

Высокий

CTR, ком-

пактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 300 600 5000

KP5010

6-pin

DIP,SM

D,H

Высокий

CTR, ком-

пактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 300 600 5000

195

Продолжение табл. 5.2

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток

IF,[мА]

Uк-э,

VCEO[В]

Коэф.передачи

по току, мин,

CTR(%)

Электрическая

прочность изоля-

ции Viso [В]AC

KPC4N33

6-pin

DIP,SM

D,H

Высокий

CTR, ком-

пактный кор-

пус, высокая

эл. прочность

изоляции

50 30 600 5000

Одноканальные транзисторные оптопары в корпусе Mini-flat

KPC354NT

4-pin

Mini-Flat

АС вход,

миниатюр-

ный корпус,

высокая эл.

прочность

изоляции

±50 60 20 3750

KPC355NT

4-pin

Mini-Flat

Высокий

CTR, миниа-

тюрный кор-

пус, высокая

эл. прочность

изоляции

50 30 600 3750

KPC357NT

4-pin

Mini-Flat

Миниатюр-

ный корпус,

высокая эл.

прочность

изоляции

50 60 50 3750

KPC452

4-pin

Mini-Flat

Высокий

CTR, миниа-

тюрный кор-

пус, высокая

эл. прочность

изоляции

50 300 1000 3750

196

Продолжение табл. 5.2

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток

IF,[мА]

Uк-э,

VCEO[В]

Коэф.передачи

по току, мин,

CTR(%)

Электрическая

прочность изоля-

ции Viso [В]AC

Одноканальные транзисторные оптопары в корпусе Slim-SOP (SSOP)

KPS2801

4-pin

Slim

SOP

Компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 80 80 2500

Многоканальные транзисторные оптопары

KP1020

8-pin

DIP,SM

D,H

Компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 60 60 5000

KP1040

16-pin

DIP,SM

D,H

Компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

50 60 60 5000

KP3020

8-pin

DIP,SM

D,H

AC вход,

компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

±50 60 60 5000

KP3040

16-pin

DIP,SM

D,H

AC вход,

компактный

корпус, вы-

сокая эл.

прочность

изоляции

±50 60 60 5000

197

Окончание табл. 5.2

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток

IF,[мА]

Uк-э,

VCEO[В]

Коэф.передачи

по току, мин,

CTR(%)

Электрическая

прочность изоля-

ции Viso [В]AC

KP4020

8-pin

DIP,SM

D,H

Высокий

CTR, ком-

пактный кор-

пус, высокая

эл. прочность

изоляции

50 300 600 5000

KP4040

16-pin

DIP,SM

D,H

Высокий

CTR, ком-

пактный кор-

пус, высокая

эл. прочность

изоляции

50 300 600 5000

198

Таблица 5.3.

Оптоэлектронные микросхемы

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток IF,[мА]

Uвых, Vcc,(макс)[В]

Время срабатывания

[мкс]

Электрическая проч-

ность изоляции

Viso [В]AC

KP7010

6-pin

DIP,SM

D,H

Высокая чувстви-

тельность, совмес-

тимость с уровнями

TTL, LSTTL, высо-

кая эл. прочность

изоляции

10 17 0.1 5000

KP7110

6-pin

DIP,SM

D,H

Высокая чувстви-

тельность, совмес-

тимость с уровнями

TTL, LSTTL, высо-

кая эл. прочность

изоляции

50 17 0.1 5000

199

Таблица 5.4.

Оптоизолированные симисторы

Наименование

Тип корпуса

Особенности

Прямой ток IF,

[мА]

Обр. напр. Vdrm

[В]

Ток вкл. IFT,

(макс) [мА]

Электрическая

прочность изоля-

ции Viso [В]AC

KMOC3022

6-pin

DIP,SM

D,H

Электродви-

гатели пере-

менного тока,

электромаг-

нитные зам-

ки.

50 400 10 5000

KMOC3063

6-pin

DIP,SM

D,H

Электродви-

гатели пере-

менного тока,

электромаг-

нитные зам-

ки.

50 600 5 5000

200

Таблица 5.5

Твердотельные реле (Solid Stay Relay)

Наименование

Тип корпуса

Напр. коммут,

Vceo, [В]

Ток коммут.

Io,[А]

Iвкл. [мА]

Вх. напр.

Vin, [В]

Электрическая

прочность изо-

ляции

Viso, [В] AC

KSD203DC2 4-pin SIP 100VDC 3 25

4-24V

4000

KSD203AC2 4-pin SIP 250VAC 3 10

4-32V

4000

KSD203AC3 4-pin SIP 250VAC 3 10

5-12V

4000

KSD205AC3 4-pin SIP 250VAC 5 10

5-12V

4000

KSD210AC3 4-pin SIP 250VAC 10 10

5-12V

4000

KSD215AC3 4-pin SIP 250VAC 15 10

5-12V

4000

KSD225AC3 4-pin SIP 250VAC 25 25

5-12V

4000

KSD240AC3 4-pin SIP 250VAC 40 25

5-12V

4000

KSD210AC8

Монолит-

ный

250VAC 10 10

4-32V

4000

KSD215AC8

Монолит-

ный

250VAC 15 25

4-32V

4000

KSD225AC8

Монолит-

ный

250VAC 25 25

4-32V

4000

KSD240AC8

Монолит-

ный

250VAC 40 25

4-32V

4000

KSD425AC8

Монолит-

ный

480VAC 25 25

4-32V

4000

KSD440AC8

Монолит-

ный

480VAC 40 25

4-32V

4000