变频器电路中的光电耦合器应用

2022-04-24 11:49分类：电子元器件阅读：

　一、电源电路中为何要应用光电耦合器元器件？
　　电气隔离的规定。A与B电源电路中间，要实现讯号的传送，但两电源电路中间因为供电系统等级过度差距，一路为百余伏，另一路为仅为几伏；二种差别很大的供配电系统，没法将开关电源同用；
　　A电源电路与弱电有联络，身体触碰有漏电风险，需给予防护。而Bpcb线路板为身体常常触碰的一部分，都不应当将风险高电压渗入到一起。彼此之间，既要进行数据信号传送，又需要开展电气隔离；
　　放大器电路等高线特性阻抗型元器件的选用，和电源电路对仿真模拟的细小的电流讯号的传送，促使对线路的抗干扰性解决变成一件较为繁琐的事儿——从各种方式渗入的噪音影响，有可能喧宾夺主，将有效数据信号“吞没”掉；
　　除开考虑到身体触及的安全性，又务必充分考虑电源电路元器件的安全性，当光耦合器件键入侧遭受强工作电压（场）冲击性毁坏时，因光电耦合器的隔离作用，輸出侧电源电路却能安全性如旧。
　　之上四个层面的缘故，促使了光电耦合器元器件的研发、开发设计和具体运用。光电耦合器的基础功效，是将键入、輸出侧电源电路开展合理的电气设备上的防护；能以光方式传送数据信号；有不错的抗干扰性实际效果；輸出侧电源电路能在一定水平上得到防止强工作电压的引进和冲击性。
　　二、光耦合器件的一般特性：
　　1、结构特点：键入侧一般选用发光二极管，輸出侧选用感光晶体三极管、集成电路芯片等形式多样，对数据信号执行电-光-电的变换与传送。
　　2、键入、輸出侧中间光亮的传送，而没电的可以直接联络。键入讯号的有没有和高低操纵了发光二极管的亮度单位，而輸出侧接纳光信号灯不亮，据光感应抗压强度，输出电压或电流量数据信号。
　　3、键入、輸出侧有较高的电气隔离度，防护工作电压一般达2000V之上。能对交、直流电数据信号完成传送，輸出侧有一定的电流量輸出工作能力，有的可立即拖拽小型继电器。独特型光电耦合器元器件能对毫伏，乃至微伏级交、直流电数据信号开展线形传送。
　　4、因光电耦合器的构造特点，键入、輸出侧必须互相防护的自主供电系统开关电源，即需双路无“共地”点的供电系统开关电源。以下一、二类光电耦合器键入侧由数据信号工作电压给予了键入电流量通道，但本质上键入数据信号控制回路，也是有一个供电系统环路的；而线性光耦，则键入侧与輸出侧一样，是立即接有二种相防护的供电系统开关电源的。
　　三、在变频调速器电源电路中，常常采用的光耦合器件，有三种种类：
　　1、一种为三极管型光耦合器，如PC816、PC817、4N35等，常见于开关电源电路控制电路的输出电压取样和偏差工作电压运算放大器，也使用于变频调速器操纵接线端子的模拟信号键入控制回路。构造极其简易，键入侧由一只发光二极管，輸出侧由一只光敏三极管组成，关键适用于对开关量数据信号的防护与传送；
　　2、第二种为集成电路芯片型光耦合器，如6N137、HCPL2601等，键入侧发光二极管选用了延迟时间效用低下的新式光学材料，輸出侧为逻辑门和肖基特晶体三极管组成，使工作中特性大幅提升。其相频特性速率比三极管型光耦合器大幅提升，在变频调速器的常见故障检验线路和电源电源电路中也有运用；
　　3、第三种为线形光耦合器，如A7840。构造与特性与前二种光电耦合器元器件有很大的不一样。在线路中主要是适用于对mV级很弱的脉冲信号开展线形传送，在变频调速器电源电路中，通常用以輸出电流量的采集与变大解决、主控制回路交流电压的采集与变大解决。
　　下面的图为三类光电耦合器元器件的脚位、作用电路原理图：
　　
　　三种光耦合器原理图
　　四、第一类光电耦合器元器件的精确测量与在线监测：
　　第一种类的光耦合器，键入端工作中损耗约为1.2V，键入较大电流量50mA，典型性运用数值10 mA；輸出最大的电流量1A上下，因此可立即推动小型继电器，輸出饱合损耗低于0.4V。可用以几十kHz较低頻率数据信号和直流电数据信号的传送。对键入工作电压/电流量有旋光性规定。当产生正方向电流量通道时，輸出侧两脚位展现通道情况，正方向电流量低于一定值或承担一定反方向工作电压时，輸出侧两管脚中间为引路情况。
　　测量法：
　　数字表二极管档，精确测量键入侧正方向损耗为1.2V，反方向无穷。輸出侧正、反损耗或阻值均贴近无穷；
　　表针表的x10k电阻器档，测其1、2脚，有显著的正、反电阻器差别，正方向电阻器约为几十kΩ，反方向电阻器无穷；3、4脚正、反方向电阻器无穷；
　　两表测量方法。用指南针数字万用表的x10k电阻器档（能给予15V 或9V、几十μA的电流量輸出），正方向接入1、2脚（黑笔搭1脚），用另一表的电阻器档用x1k精确测量3、4脚的阻值，当1、2脚直流电流表连接时，3、4脚中间展现20kΩ上下的阻值，脱开1、2脚的直流电流表，3、4出脚间电阻器为无穷。
　　可以用一个直流稳压电源串入电阻器，将键入电流量限定在10mA之内。键入电源电路连接时，3、4脚电阻器为通道情况，键入电源电路引路时，3、4脚阻值无穷。
　　3、4种测量法较为精确，如用同样型号光电耦合器元器件相较为，乃至可监测出无效元器件（如輸出侧电阻器过大）。
　　以上精确测量是新元器件电脑装机前的必需全过程。对发布麻烦精确测量的情形下，必需时也可将元器件从电源电路中拆下来，线下精确测量，进一步分辨元器件的优劣。
　　在具体维修中，线下电阻器精确测量并不是很便捷，通电检验则比较便捷和精确。要采取一定的有效措施，将键入侧电源电路变化一下，依据輸出侧形成的对应的转变（或无转变），精确测量分辨该元件的优劣。即摆脱常见故障电源电路中的“平衡状态”，使之发生“暂态过程失调”，进而将常见故障缘故曝露出去。光电耦合器元器件的键入、輸出侧在线路中串有功率电阻，在通电检测中，可以用减少（串联）电阻器和增加电阻器的方式（将其引路）等方式，相互配合輸出侧的工作电压检验，分辨光电耦合器元器件的优劣。一部分电源电路中，乃至可以用立即接线或引路键入侧、輸出侧，来监测和观查电源电路的变化规律，有利于分辨常见故障地区和维修工作中的进行。
　　精确测量时的常见问题：光电耦合器元器件的一侧很有可能与“弱电”有可以直接联络，碰触会出现漏电风险，提议检修全过程中为设备给予隔离电源！
　　下面的图为普遍三极管光电耦合器元器件的运用原理图。
　　
　　光耦合器在线监测平面图
　　图中中的（1）电源电路，为变频调速器操纵接线端子电源电路的模拟信号键入电源电路，当正转接线端子FWD与公共性接线端子COM接线时，PC817的1、2脚中间的工作电压由0V变成1.2V，4脚工作电压由5V变成0V。同样，当操纵接线端子呈引路情况时，PC817的1、2脚中间工作电压为0V，而3、4脚中间工作电压为5V。图（1）电源电路能够看得出光电耦合器元器件的各脚电流值，常见故障或正常的情况精确测量键入、輸出脚工作电压就可以得到分辨。
　　图中（2）电源电路，精确测量1、2中间为0.7V（沟通交流数据信号均值），3、4脚中间为3V ，表明光耦合器拥有键入数据信号，但光电耦合器元器件自身是不是一切正常？用金属材料医用镊子接线PC817的1、2脚，精确测量4脚的工作电压由原3V升高为5V（或有显著升高），表明光电耦合器元器件是好的。若工作电压不会改变，表明光电耦合器毁坏。
　　五、第二类光电耦合器元器件的精确测量与在线监测：
　　第二种种类的光耦合器（6N137），键入端工作中损耗约为1.5V上下，但键入、輸出最大的电流量仅为mA级，只具有对较高频数据信号的传递功效，电源电路自身不具有电流量推动工作能力，可用以对MHz级数据信号开展合理的传送。同第一类光电耦合器元器件一样，对键入工作电压/电流量有旋光性规定。当产生正方向电流量通道时，輸出侧两脚位展现通道情况，正方向电流量低于一定值或承担一定反方向工作电压时，輸出侧两管脚中间为引路情况。
　　此类种类光电耦合器元器件的组成电源电路，同第一类光电耦合器元器件组成的线路方式相相近，但电源电路传送的讯号頻率较高。其测定与查验办法也几乎是相像的。假如说第一类光电耦合器为低速档和一般光电耦合器，那麼第二类光耦合器，可称作高速光耦，二者的差别，仅仅对数据信号响应时间的不一样，在电源电路方式上则是同样的。
　　自动测量，1、可以用接线或引路2、3键入脚，与此同时精确测量輸出6、5脚的电流转变； 2、减少或增加键入脚外接电阻器，精确测量輸出脚工作电压有没有相对应转变；3、从 5V供电系统或其他供电系统串功率电阻引进到键入脚，检验輸出脚工作电压有没有相对应转变。来分辨元器件能否一切正常。
六、第三类光电耦合器元器件——线性光耦：
　　线性光耦，是光耦合器中一种较为独特的元器件了。
　　1、线性光耦的特性：
　　（1）结构特点：其键入、輸出侧电源电路，不会再像第一类光电耦合器元器件一样，仅仅
　　二极管/三极管的简单电路，只是含有放大仪，并有分别单独的配电控制回路；没有信号键入旋光性规定，只将键入讯号力度开展线形变大。
　　（2）键入侧数据信号键入端，不会再展现发光二极管的正、反方向特点，也许大家完完全全能够将2个数据信号键入端当作是运放电路的2个键入接线端子——输入电阻特别高，不会再汲取信号源电流量；能作为很弱工作电压讯号的填写和变大；能对音频信号有非常高的变大工作能力，对共模数据信号有一定的控制工作能力；
　　（3）輸出侧电源电路，为音频信号輸出方式，有利于与后续放大仪联接，将数据信号作进一步解决。
　　2、线性光耦元器件A7840的脚位作用图：
　　
　　A7840（HCPL-7840）作用程序框图
　　A7840（HCPL-7840）的运行主要参数：键入侧、輸出侧的供电系统典型值为5V，输入电阻480kΩ，较大键入工作电压320mV；音频信号輸出方法。內部键入电源电路有变大功效，并且是高抗阻键入，能不失帧传送mV级交、直流电数据信号，輸出数据信号做为后续运放电路差分信号键入数据信号。具备1000倍以内的电流变大倍率。典型性运用，常与后续运放电路相互配合，对很弱（交、直）工作电压讯号实现扩大和解决。
　　2、3脚为数据信号键入脚，1、4脚为键入侧供电系统端；6、7脚为音频信号輸出脚，8、5脚为輸出侧供电系统端。
　　在线监测方式：可将內部电源电路当作是一只“总体的运放电路”，2、3脚为积分电路、正相反键入端，7、6脚为数据信号输入输出端。当接线2、3脚（使键入讯号为零）时，6、7脚中间输出电压也为零。当2、3脚有mV级工作电压键入时，6、7脚中间有“变大了的”占比工作电压輸出。
　　3、由A7840组成的电流量信号检测电源电路：
　　
　　英威腾G9/P9小输出功率变频调速器的输入输出电流量取样电源电路
　　一部分小输出功率变频调速器型号，对輸出电流量的取样，省去了电压互感器。在U、V輸出线路中立即串连了mΩ级的电流量取样电阻器，将导出电流量数据信号由取样电阻器转换为mV级工作电压数据信号，将此电阻器上的电流讯号经R1、R2引进到U3、U4（A7840）R的讯号键入端，由U3、U4开展光学防护和线形传送，寄内U5（TL082）开展变大（特性阻抗转换）后，送后级电流量检验与维护电源电路进一步解决，再送进CPU。U4、U3键入侧的供电系统是由光耦电路供电系统（隔离电源）寄内U1、U2（L7805稳压电源）稳压管成5V来保证的，此开关电源一定是与控制回路相防护的。U4、U5的輸出侧供电系统，则是由CPU主板供电的 5V开关电源带来的。A7840将键入百mV级工作电压数据信号变大輸出为V级表现着輸出电流量的大小的差分信号工作电压数据信号，寄内后续U5运放电路正相反輸出正工作电压数据信号，送之后级电流量信号分析电源电路。各自被解决成一定力度的脉冲信号送进CPU，作为輸出电流量表明及輸出操纵；被解决成开关量数据信号，用以常见故障警报，关机防护等。
　　此双路电流量监测数据信号輸出，在电路板上标记有IU、IV字眼，是为检测点。
　　4、由A7840组成的交流电控制回路工作电压信号检测电源电路：
　　
　　埃尔法ALPHA2000 18.5kW变频调速器直流电控制回路工作电压检验电源电路
　　埃尔法ALPHA2000 18.5kW变频调速器直流电控制回路工作电压检验电源电路，工作电压取样数据信号同时源自直流电控制回路的P、N端530V交流电压，经电阻器降血压、分压电路互联网，将分压电路所得的mV级工作电压数据信号，加进小信号分析光耦合器A7840（U14）的2、3键入脚底，经U14执行强、弱电安装防护后，产生音频信号键入到LF353运放电路的2、3脚，区级电源电路连接成电压跟随器，輸出数据信号由电阻器管理中心头（pcb线路板上生产厂家标明测试用例VPN）輸出至CPU电脑主板与开关电源/驱动板的线排接线端子CNN1的8脚。在三相键入电流为380V时，8脚取样交流电压为3V。
　　A7840的键入侧供电系统，是由开关变压器的一个单独绕阻的交流电流，经D41、C46等整流器过滤，由集成化稳压电源78L05稳压管成5V给予的；輸出侧供电系统，则选用CPU主板供电开关电源 5V。
　　直流电控制回路工作电压监测数据信号由线排接线端子CNN1、CNM的8脚进到CPU电脑主板，一路经R174立即键入CPU的53脚，此路数据信号为仿真模拟电流数据信号，其功效：1、供实际操作控制面板表明交流电压值，有的变频调速器型号经程序流程计算后表明键入交流电流值；2、有的型号用以对輸出U/F比的操纵，使输出电压值占比于键入工作电压值；3、极少数型号用以过、欠压的取样参照。
　　另一路经R155送进LF393引路集电结輸出运算放大器组成的电压跟随器的反向键入端，该路輸出数据信号与过流（OL）、OC、OH等数据信号一起混和为一路“常见故障归纳数据信号”，经CPU外围电路进一步解决，送进CPU脚位，作关机维护和断开推动单脉冲的操纵。LF393的同相输进端可以看做为“可编程控制器标准工作电压端”，其标准工作电压的幅度值由CPU的42、51脚输出电压操纵，在启动和运作操作过程中各自得出不一样的标准电流值，与输进工作电压监测数据信号相较为。变频调速器的不一样工作中全过程，则维护姿势阈值也各有不同。
　　当工作电压检验电源电路自身产生问题时，其维修办法以下：
　　a、变频调速器通电后，即给出过电压或欠压保护常见故障，见上图工作电压检验电源电路。精确测量CN1的8接线端子工作电压，标准值应是3V上下。精确测量此点工作电压值较高或稍低，表明工作电压检验电源电路有常见故障。最先检验A7840的键入侧、輸出侧的5V供电系统能否一切正常，LF353的正负极15V供电系统能否一切正常，若异常，修补有关开关电源供电系统环路。若一切正常，开展下一步维修；
　　b、精确测量A7840的2、3脚中间有100mV之上键入工作电压，用金属材料尖医用镊子接线A7840的2、3脚，精确测量LF353的輸出脚1脚工作电压有显著降低，表明之上工作电压数据信号传送阶段均一切正常，常见故障在LF353外接电阻器欠佳或失衡。拆换并再次调节。调节变频调速器的有关主要参数，令实际操作表明控制面板表明直流电控制回路的电流值，当键入三相电压为380V时，调节该电阻器，使交流电压表明数值530V，就可以；
　　c、用金属材料尖医用镊子接线A7840的2、3脚，精确测量LF353的1脚工作电压无转变，进一步检验LF353的键入脚工作电压（标准值为3上下，医用镊子接线A7840键入脚时变成OV）值无转变，A7840或外电路元件毁坏；LF353键入脚工作电压数值标准值， LF353毁坏，拆换LF353。
　　d、用医用镊子接线A7840的2、3脚时，LF353键入工作电压值有转变，但其值稍低，如从1V转变为0V，查验A7840外场元器件一切正常，常见故障为A7840低效能，拆换A7840。