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1、第第11 功率接口技术功率接口技术11.1 开关型接口 11.2.电压调节接口 11.3习题与思考题11.1 开关型接口在工业控制中，单片机的被控对象大多都是功率设备，需要高电压大电流，单片机不能直接驱动，要通过相应的接口电路才能输出一定的功率来驱动功率设备。功率接口有开关型、继电器型、光电隔离型和可控硅等多种形式。11.1 开关型接口在许多应用埸合，是使用开关量来进行控制的，开关量是通过单片机的I/O口或扩展I/O口输出的。当被控对象功率不大时，可以由CPU直接驱动。当被控对象的功率比较大时，需要通过功率三极管或其它功率器件去驱动。11.1.1.简单开关量输出接口如图如图11.111.1所示
2、所示, ,通过通过CPUCPU的的I/OI/O口直接输出开关量口直接输出开关量0 0、1 1信号，为了确保开关量的信号，为了确保开关量的1 1电平信号稳定，要在电平信号稳定，要在输出端加电平上拉电阻。输出端加电平上拉电阻。11.1.1.简单开关量输出接口 当当CPUCPU在端口上置在端口上置1 1时，通过上拉电阻时，通过上拉电阻R R，使输出电平稳定地维持在使输出电平稳定地维持在5 5V V。当当CPUCPU在端口置在端口置0 0时，由于时，由于R R的存在，且的存在，且R R的值较大，一般在的值较大，一般在1010KK左右左右, ,所以流过所以流过R R的电流在的电流在0.50.5mAmA以
3、下，影响不大。该输出端也可以直接接以下，影响不大。该输出端也可以直接接三极管，达林顿管或缓冲器，增加输出口的驱动电流，通过这些器件三极管，达林顿管或缓冲器，增加输出口的驱动电流，通过这些器件去驱动去驱动LEDLED发光器件或继电器。如图发光器件或继电器。如图11.211.2所示为所示为CPUCPU通过缓冲器控制通过缓冲器控制LEDLED灯。灯。 P0.0 P0.1 P0.2 P0.38031 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 ALE WR1D 1Q2D 2Q3D 3Q4D 4Q5D 5Q6D 6Q7D 7Q8D 8QG VccCLK GND11.1.1.简单开关量输出接口图中图中,74,
4、74LS377LS377是八是八D D触发触发器，内部有数据锁存器，器，内部有数据锁存器，单片机单片机CPUCPU通过通过P0P0口将数口将数据写入据写入7474LS377LS377，并锁存并锁存在在7474LS377LS377内部的内部的1 1Q Q 8Q8Q端口。当端口的值为端口。当端口的值为1 1电平时，由于发光二极管电平时，由于发光二极管的两端没有电压差，没有的两端没有电压差，没有电流流过，发光二极管不电流流过，发光二极管不亮。当端口的值为亮。当端口的值为0 0电平电平时，由于发光二极管的两时，由于发光二极管的两端有电压差存在，有电流端有电压差存在，有电流流过，发光二极管点亮，流过，发
5、光二极管点亮，300300 电阻为限流电阻。电阻为限流电阻。 11.1.1.简单开关量输出接口对于图对于图11.2,11.2,编写不同的程序可以实现多种形编写不同的程序可以实现多种形式的灯光显示。例如要使式的灯光显示。例如要使8 8个灯亮个灯亮1 1秒钟再暗秒钟再暗1 1秒钟，如此循环，形成闪烁的效果，程序可秒钟，如此循环，形成闪烁的效果，程序可以为：以为： MOV A,#0FFH ;MOV A,#0FFH ;累加器置全累加器置全l l MOV DPTR,#7FFFH ;MOV DPTR,#7FFFH ;设置设置7474LS377LS377芯片的地址值芯片的地址值 MOVX DPTR,A ;M
6、OVX DPTR,A ;使使7474LS377LS377输输出端全为出端全为l l，8 8个灯全暗个灯全暗 LCALL SS ;LCALL SS ;调用子程序延时调用子程序延时l l秒钟秒钟 MOV A,#00H ;MOV A,#00H ;累加器置全累加器置全0 0 MOV DPTR,#7FFFH ;MOV DPTR,#7FFFH ;设置设置7474LS377LS377芯片地址值芯片地址值 MOVX DPTR,A ;MOVX DPTR,A ;使使7474LS377LS377输出端全为输出端全为0 0，8 8个灯全亮个灯全亮 LCALL SS ;LCALL SS ;调用子程序延时调用子程序延时l
7、 l秒钟秒钟 LJMP S1 ;LJMP S1 ;使使8 8个灯每隔个灯每隔l l秒秒钟全暗、全亮循环工作钟全暗、全亮循环工作11.1.1.简单开关量输出接口图图11.311.3所示为所示为CPUCPU通过三极管控制通过三极管控制LEDLED灯，单片机通过功率三灯，单片机通过功率三极管来增加驱动功率。图中极管来增加驱动功率。图中CPUCPU使使P1.0=1P1.0=1，输出输出5 5V V电压通过电压通过R1R1使三极管使三极管B B饱和导通，饱和导通，VecVec=0.2V=0.2V左右，发光二极管左右，发光二极管D D通过限通过限流电阻流电阻R3R3流过电流，流过电流，D D发光。当发光。
8、当CPUCPU使使P1.0=0P1.0=0，三极管三极管VbeVbe=0=0，三极管截止，三极管截止，VecVec=5V=5V，发光二极管不导通发光二极管不导通, ,不发光。不发光。选用大功率的三极管，可以产生大的电流，驱动大电流的显选用大功率的三极管，可以产生大的电流，驱动大电流的显示器或大功率负载。单片机通过示器或大功率负载。单片机通过P1P1口，对口，对P1.0P1.0端口置端口置l l或清或清0 0就可以控制三极管的导通与截止来带动负载。就可以控制三极管的导通与截止来带动负载。11.1.2 光电耦合接口光电耦合接口是通过光电元器件来实现的，光电光电耦合接口是通过光电元器件来实现的，光电
9、元器件由发光二极管和光电三极管构成。可应用元器件由发光二极管和光电三极管构成。可应用于信号隔离、开关电路、数模转换、逻辑电路、于信号隔离、开关电路、数模转换、逻辑电路、长线传输、过载保护、高压控制和电路变换。长线传输、过载保护、高压控制和电路变换。光电三极管是一种光电转换装置，它的输出特性光电三极管是一种光电转换装置，它的输出特性与三极管基本相同，不同的是光电三极管接收的与三极管基本相同，不同的是光电三极管接收的是光能量。由于光三极管的基极一射极的接合电是光能量。由于光三极管的基极一射极的接合电容受到密勒效应影响，并且与负载电阻大小有关，容受到密勒效应影响，并且与负载电阻大小有关，所以光电三极
10、管的响应通常比较慢。它的输出特所以光电三极管的响应通常比较慢。它的输出特性也有截止区，放大区和饱和区。性也有截止区，放大区和饱和区。11.1.2 光电耦合接口发光二极管是一种电光转换装置，当有电流通过会产生光，它的输入特性与普通二极管也相似。但它的正向压降较大，为1.0左右，反向电压较小，在6V左右。图11.4为光电耦合器的输入输出特性和结构。 11.1.2 光电耦合接口如图所示，当发光二极管加上正向电压时，会发出光线，如图所示，当发光二极管加上正向电压时，会发出光线，光线的强弱与正向电压有关，光电三极管的基极接收到光光线的强弱与正向电压有关，光电三极管的基极接收到光能量后，产生能量后，产生I
11、CIC电流，完成了电电流，完成了电光光电的转换过程。由电的转换过程。由于发光二极管与光电三极管之间是通过光来传递信息的，于发光二极管与光电三极管之间是通过光来传递信息的，没有电气上的联系，从而实现了电气上的隔离。这就是光没有电气上的联系，从而实现了电气上的隔离。这就是光电耦合器的作用。电耦合器的作用。11.1.2 光电耦合接口光电耦合技术被广泛用于测量控制系统。图光电耦合技术被广泛用于测量控制系统。图11.511.5是光电耦合器的典型应用电路。是光电耦合器的典型应用电路。D T11.1.2 光电耦合接口 图中图中D D为红外发光二极管，为红外发光二极管，VCVC为工作电源，为工作电源，R1R1
12、为限流电阻，在二极管为限流电阻，在二极管的负端接一脉冲电压，当输入脉冲信号的负端接一脉冲电压，当输入脉冲信号=1=1时，无电流流过，不发光，时，无电流流过，不发光，光电三极管光电三极管T T没有接收到光能量，处于截止状态，输出电压没有接收到光能量，处于截止状态，输出电压V0=VDV0=VD。当输入脉冲信号当输入脉冲信号=0=0时，有电流流过时，有电流流过D D，产生红外光线，产生红外光线，T T接收到光能接收到光能量，从工作区进入饱和区，三极管导通，量，从工作区进入饱和区，三极管导通，V0=0VV0=0V，输出低电平。输出低电平。 一般二极管一般二极管D D的工作电流表在的工作电流表在1010
13、mAmA左右，左右，R1R1阻值与工作电压和二极阻值与工作电压和二极管的正向降管的正向降VFVF有关，通过计算可以求出。有关，通过计算可以求出。VDVD是负载工作电压，是负载工作电压，R2R2为为三极管负载电阻，应通过计算或调试，使三极管负载电阻，应通过计算或调试，使T T工作在截止区可饱和区，工作在截止区可饱和区，以保证以保证V0V0输出为可靠的输出为可靠的0 0或或1 1电平。电平。D T11.1.2 光电耦合接口也可以使二极管也可以使二极管D D的负极直接接地，控制端为的负极直接接地，控制端为VCVC电压，输电压，输出端可以接在三极管的集电极，也可以接在发射极，把出端可以接在三极管的集电
14、极，也可以接在发射极，把R2R2电阻接在发射极。总之，可以根据电路设计的要求选择。电阻接在发射极。总之，可以根据电路设计的要求选择。图图11.611.6为单片机为单片机CPUCPU的的I/OI/O口通过光电耦合器传递信息的，口通过光电耦合器传递信息的，单片机系统的接地与光电隔离器的输出部分的地不能共地，单片机系统的接地与光电隔离器的输出部分的地不能共地，两者的供电也不同，才能达到电气上隔离的作用。两者的供电也不同，才能达到电气上隔离的作用。D T 8031 P1.011.1.2 光电耦合接口光电耦合器有多种产品，性能也不尽相同。表光电耦合器有多种产品，性能也不尽相同。表11.111.1为为6
15、6N135N135、6N1366N136的特性参数。的特性参数。参数输入特性输出特性传输特性隔离特性最大工作电流正向压降输出电流工作电压传输比隔离阻抗极向耐压极向电势符号IfV fI0VuCTRRI-0DIVSC I-0单位mAVMaV12/0VnmsPF6N135251.6581518101225000.66N136251.6581518101225000.611.1.2 光电耦合接口图11.7为6N135、6N136的管脚排列与通讯接口电路 11.1.3 继电器接口继电器是通过线圈的电流来控制触点的闭与合，继电器是通过线圈的电流来控制触点的闭与合，由于继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系
16、，由于继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系，因此可以使用继电器来实现自动控制上的电气隔因此可以使用继电器来实现自动控制上的电气隔离。图离。图11.811.8是继电器的基本应用电路。是继电器的基本应用电路。J11.1.3 继电器接口 如图如图11.811.8所示，所示，J J为继电器线圈，为继电器线圈，J1J1和和J2J2是继电器的常开、常闭触点，当三极是继电器的常开、常闭触点，当三极管管T T的基极输入一个高电平，使的基极输入一个高电平，使T T进入饱和状态，进入饱和状态，VcVc电压通过继电器的线圈有电压通过继电器的线圈有电流流过，流过电流的线圈产生磁场力吸引触点动作。图中电流流过，流过电
17、流的线圈产生磁场力吸引触点动作。图中R R为三极管基极限为三极管基极限流电阻，二极管流电阻，二极管D D用于对三极管的保护，在平时，由于二极管为反向串接，没用于对三极管的保护，在平时，由于二极管为反向串接，没有电流过，当继电器线圈失电的瞬间会产生很大的反电势，有可能使三极管有电流过，当继电器线圈失电的瞬间会产生很大的反电势，有可能使三极管击穿，由于有二极管击穿，由于有二极管D D的存在，提供了一个通路，使反电势不会损坏三极管，的存在，提供了一个通路，使反电势不会损坏三极管，从而起到了保护作用。在继电器失电状态下，常开触点断开，常闭触点闭合，从而起到了保护作用。在继电器失电状态下，常开触点断开，
18、常闭触点闭合，当继电器得电后，常开触点闭合，而常闭触点断开，利用继电器的触点开关当继电器得电后，常开触点闭合，而常闭触点断开，利用继电器的触点开关作用可以控制设备或传送逻辑电平信号。一般继电器带有一组或多组常开常作用可以控制设备或传送逻辑电平信号。一般继电器带有一组或多组常开常闭触点供使用，继电器的线圈电流也有大小，触点的接触电流也有大小，耐闭触点供使用，继电器的线圈电流也有大小，触点的接触电流也有大小，耐压值有高低，用户可以根据设计的要求选用相应的继电器。压值有高低，用户可以根据设计的要求选用相应的继电器。 11.1.3 继电器接口 在各种控制中，由于应用场合不同，需要选用不同的继电器，在设
19、计继电器接口电路在各种控制中，由于应用场合不同，需要选用不同的继电器，在设计继电器接口电路时，要了解继电器的一些参数，进行正确的设计，才能获得好的控制效果。在电路设时，要了解继电器的一些参数，进行正确的设计，才能获得好的控制效果。在电路设计时，应根据印刷电路板的大小，选用合适的小型继电器，要考虑它的体积、封装形计时，应根据印刷电路板的大小，选用合适的小型继电器，要考虑它的体积、封装形式，目前有供印刷电路设计用的微小型继电器，供电压为式，目前有供印刷电路设计用的微小型继电器，供电压为5 5V V。如果继电器不装在印刷如果继电器不装在印刷电路板上，则主要考虑继电器的触点数目和触点功率。为了便于和计
20、算机工作电压一电路板上，则主要考虑继电器的触点数目和触点功率。为了便于和计算机工作电压一致，尽量选用致，尽量选用5 5V V的低电压继电器。在设计时，要考虑使用继电器后增加的电源功率，的低电压继电器。在设计时，要考虑使用继电器后增加的电源功率，在变压器供电的电源设计中，要充分考虑到这一情况。另外，还要考虑到单片机接口在变压器供电的电源设计中，要充分考虑到这一情况。另外，还要考虑到单片机接口电路的电流驱动能力，要选择与继电器电流相当的功率元器件做接口电路元件，若是电路的电流驱动能力，要选择与继电器电流相当的功率元器件做接口电路元件，若是功率大的驱动继电器，有必要在中间增加一级继电器，如图功率大的
21、驱动继电器，有必要在中间增加一级继电器，如图11.911.9所示。所示。 11.1.3 继电器接口 计算机计算机CPU I/OCPU I/O口输出一个控制电压，由三极管驱动中间继电器口输出一个控制电压，由三极管驱动中间继电器J1J1，通过继电通过继电器器J1J1的触点去控制大功率的继电器的触点去控制大功率的继电器J2J2，从而实现对大功率继电器的控制。从而实现对大功率继电器的控制。 继电器的触点有多、有少，有常开触点，常闭触点，在设计时要充分了解所继电器的触点有多、有少，有常开触点，常闭触点，在设计时要充分了解所选用的继电器的产品资料，了解该继电器有几组触点，常闭、常开如何分配，应选用的继电器
22、的产品资料，了解该继电器有几组触点，常闭、常开如何分配，应充分利用继电器的各组触点来达到简化电路设计的目充分利用继电器的各组触点来达到简化电路设计的目 的。继电器常用电气参数有：的。继电器常用电气参数有：uu额定工作电压和电流额定工作电压和电流 是指继电器在正常工作状态下，继电器线圈两端所加电压值或线圈中流过的电流是指继电器在正常工作状态下，继电器线圈两端所加电压值或线圈中流过的电流值，应用于设计的主要参数，是设计的依据。值，应用于设计的主要参数，是设计的依据。uu吸合电压和电流吸合电压和电流 是指继电器能产生吸合动作的最小电压值或电流值，一般为额定值的是指继电器能产生吸合动作的最小电压值或电
23、流值，一般为额定值的75%75%左右，左右，这个参数使在设计中为了保证继电器可靠工作，控制电压应高于吸合电压才能正这个参数使在设计中为了保证继电器可靠工作，控制电压应高于吸合电压才能正常工作，若控制电压在吸合电压左右就可能造成吸合不可靠或造成频繁吸合、断常工作，若控制电压在吸合电压左右就可能造成吸合不可靠或造成频繁吸合、断开，产生干扰，影响使用。开，产生干扰，影响使用。uu释放电压和电流释放电压和电流 是指继电器在此电压值以下或电流值在此以下，继电器不吸合，因此控制电压值是指继电器在此电压值以下或电流值在此以下，继电器不吸合，因此控制电压值应大大小于释放电压，才能使继电器可靠释放。应大大小于释
24、放电压，才能使继电器可靠释放。uu触点负载触点负载 是指继电器的接触点的负载能力，反应了所能控制设备的功率大小，应使所控制是指继电器的接触点的负载能力，反应了所能控制设备的功率大小，应使所控制设备的功率小于触点负载，才能使继电器工作正常，否则会损坏触点，影响正常设备的功率小于触点负载，才能使继电器工作正常，否则会损坏触点，影响正常工作。工作。11.1.3 继电器接口常用继电器的一些电气参数见表常用继电器的一些电气参数见表11.311.3型号JZC-36FJZX-140FFJRC-19FD名称超小型中功率继电器小型大功率继电器超小型中功率继电器外形尺寸长宽高（mm）24.510.524.529.
25、013.025.520.89.912.2触点形式1H、1Z2H、2Z2Z触点额定负载10A 240VAC10A 30VDCTV-510A 250VAC8A 30VDC5A 250VAC/30VDC1A 125VAC2A 30VDC线圈直流电压（VDC）548360348线圈直流功率（W）0.25、0.53550mW0.2、0.36动作时间（ms）15156释放时间（ms）554电气寿命（次）110511051105机械寿命（次）110711071107引出端形式印刷电路板式印制板式印刷电路板式11.1.3 继电器接口 图图11.1011.10是带光电隔离的继电器接口电路的应用。是带光电隔离的继
26、电器接口电路的应用。 如图11.10所示，当CPU使P1.0=1时，光电隔离器的二极管无电流流过，光电三极管不导通，三极管9013基极电压=0，继电器无电流流过，不使产生动作。11.1.3 继电器接口当当CPUCPU使使P1.0=0P1.0=0变化到变化到P1.0=1P1.0=1时，光电三极管导通，通过时，光电三极管导通，通过R2R2、R3R3分压后，三极管分压后，三极管90139013基极得到一个电压，使工作基极得到一个电压，使工作状态从截止到饱和，使继电器线圈得电，驱动继电器的触状态从截止到饱和，使继电器线圈得电，驱动继电器的触点动作。二极管点动作。二极管D D用于保护三极管用于保护三极管
27、90139013。也可以使。也可以使P1.0P1.0直直接驱动三极管去带动继电器接驱动三极管去带动继电器, ,如图如图11.1111.11所示。所示。11.1.3 继电器接口图图11.1211.12是单片机控制一个是单片机控制一个220220V V交流电动机的电路。前面交流电动机的电路。前面部分与图部分与图11.1111.11相同，单片机通过相同，单片机通过I/OI/O口输出一个高电平使口输出一个高电平使三极管导通饱和，继电器得电，常开开关吸合，交流电动三极管导通饱和，继电器得电，常开开关吸合，交流电动机加载机加载220220V V电压开始转动，因此可以用单片机通过继电器电压开始转动，因此可以
28、用单片机通过继电器接口直接控制大功率的交流电设备。增加继电器的常开触接口直接控制大功率的交流电设备。增加继电器的常开触点，还可以控制三相交流电设备。点，还可以控制三相交流电设备。电 动机11.2.电压调节接口在许多控制应用系统中，要求单片机用低电压，在许多控制应用系统中，要求单片机用低电压，小电流通过电压调节接口，产生高电压，大电流小电流通过电压调节接口，产生高电压，大电流信号去驱动强电设备。接口电路除了继电器接口信号去驱动强电设备。接口电路除了继电器接口外，还有可控硅接口。可控硅简称外，还有可控硅接口。可控硅简称SCRSCR，是一种是一种大功率半导体器件，分为单向可控硅和双向可控大功率半导体
29、器件，分为单向可控硅和双向可控硅，由于可以用较小的电流电压控制大电流高电硅，由于可以用较小的电流电压控制大电流高电压，无机械触点的优点，在工业控制中可控硅得压，无机械触点的优点，在工业控制中可控硅得到了广泛的应用，在许多场合还替代了继电器。到了广泛的应用，在许多场合还替代了继电器。11.2.111.2.1可控硅工作原理可控硅工作原理11.2.电压调节接口单向可控硅（单向可控硅（SCRSCR） 单向可控硅是实单向可控硅是实质上由一个质上由一个PNPPNP品体品体管和一个管和一个NPNNPN品体管品体管互联的三端器件。它互联的三端器件。它的内部结构和外部引的内部结构和外部引脚如图脚如图11.131
30、1.13所示：所示：11.2.电压调节接口 如图如图11.1311.13a a所示，控制极所示，控制极G G开路时，在开路时，在A A、K K极加正向电压，即极加正向电压，即A A为正，为正，K K为负，由于为负，由于T1T1不导通，无电流流过。当控制极不导通，无电流流过。当控制极G G相对于阴极相对于阴极K K加一正向电加一正向电压，有电流压，有电流IgIg流入，会造成流入，会造成IgIc2Ib1Ic1Ib2Ic2IgIc2Ib1Ic1Ib2Ic2，造成造成正反馈，使正反馈，使T1T1，T2T2饱和导通。可控硅一旦导通后，不论控制极饱和导通。可控硅一旦导通后，不论控制极G G的信号有的信号有
31、无，仍然保持导通，只有当阴极无，仍然保持导通，只有当阴极A A的电流减少到维持电流以下时，才会关的电流减少到维持电流以下时，才会关断。若单向可控硅应用在交流电路中，那么在正半周导通后，进入负半周断。若单向可控硅应用在交流电路中，那么在正半周导通后，进入负半周会自动关断，而且进入正半周必须再施加控制信号才导通。单向可控硅常会自动关断，而且进入正半周必须再施加控制信号才导通。单向可控硅常见应用于直流电流的场合，用于触点电子开关用。见应用于直流电流的场合，用于触点电子开关用。 在使用单向可控硅时，必须熟悉有关参数，才能正确应用，常用参数在使用单向可控硅时，必须熟悉有关参数，才能正确应用，常用参数有：
32、有： 额定电压额定电压V0V0：指断态重复的峰值电压指断态重复的峰值电压VDRmVDRm和反向重复的峰值电压和反向重复的峰值电压VRRmVRRm中小的一个数值，要求额定工作电压应为正常工作电压的中小的一个数值，要求额定工作电压应为正常工作电压的2 2至至3 3倍，以防瞬倍，以防瞬时过电压的破坏。时过电压的破坏。 额定通态电流额定通态电流ITIT：在规定的工作环境温度和标准散热的条件下，在单在规定的工作环境温度和标准散热的条件下，在单相工频正弦半波电路中，导通角不小于相工频正弦半波电路中，导通角不小于170170，电阻性负载下，允许通过的，电阻性负载下，允许通过的最大通态电流应选用额定通态电流最
33、大通态电流应选用额定通态电流, ,一般为正常工作电流的一般为正常工作电流的1.5-21.5-2倍为好。倍为好。 维持电流维持电流IMIM：在规定的条件下，控制极信号已失去情况下，可控硅已在规定的条件下，控制极信号已失去情况下，可控硅已能够导通，然后缓慢减少正向电流至维持通态所需最小电流。能够导通，然后缓慢减少正向电流至维持通态所需最小电流。 控制极的触发电压控制极的触发电压VGTVGT、电流电流IGTIGT：在规定条件下，当阳极，阴极之间加在规定条件下，当阳极，阴极之间加6 6V V或或1212V V的直流正向电压情况下，使可控硅完全导通所需最小电压和电流，的直流正向电压情况下，使可控硅完全导
34、通所需最小电压和电流，一般一般VGTVGT为为1-51-5V V，IGTIGT为几个或几百为几个或几百mAmA。11.2.电压调节接口2 2双向可控硅（双向可控硅（TRIACTRIAC） 2 2个反向并联的单向可控硅构个反向并联的单向可控硅构成了一个双向可控硅，双向可成了一个双向可控硅，双向可控硅主要用于控制系统功率设控硅主要用于控制系统功率设备，它的内部结构和外部引脚备，它的内部结构和外部引脚符号见图符号见图11.1411.14。如图所示，。如图所示，双向可控硅是将具有公共极的双向可控硅是将具有公共极的一对反向并联的普通单向可控一对反向并联的普通单向可控硅在一快硅单只片上构成，一硅在一快硅单
35、只片上构成，一共有三端五层，具有双向导通共有三端五层，具有双向导通功能。当控制极功能。当控制极G G无信号时，无信号时，T1T1，T2T2之间为高阻态，呈关之间为高阻态，呈关断状态，当断状态，当T1T1，T2T2之间有一之间有一电压存在，且控制极电压存在，且控制极G G有电压，有电压，就可以使就可以使T1T1，T2T2导通。导通。N1+N1+=N2+11.2.电压调节接口双向可控硅的参数与单向可控硅相似，表双向可控硅的参数与单向可控硅相似，表11.411.4列列出了部分单向，双向可控硅的使用参数。出了部分单向，双向可控硅的使用参数。 型号名称VDRmIT(A)ITSm(A)IGT(A)VGT(
36、V)IDRm(A)dV/dT(V/us)tgt(s)L401E5双向可控硅4001205m2100103TLC2268双向可控硅40033125m3750203TLC3368双向可控硅60033125m3750203BTA06-600C双向可控硅60069550m3.55002003E0409NF双向可控硅80042510m2200302MCR100-8单向可控硅600800m10200800m100211.2.电压调节接口图图11.1511.15为单、双可控硅的引脚图。为单、双可控硅的引脚图。11.2.2可控硅在电压调节中的应用 单向可控硅在直流负载驱动电路中的应用单向可控硅在直流负载驱动电
37、路中的应用如图如图11.1611.16所示，是单向可控硅在直流电压控制所示，是单向可控硅在直流电压控制中的应用。中的应用。 8051 P1.0负载11.2.2可控硅在电压调节中的应用u直流工作电压通过负载加在单向可控硅两端，当单片机的直流工作电压通过负载加在单向可控硅两端，当单片机的I/OI/O端口端口P1.0P1.0输出低电平时，光电耦合器的二极管有电流输出低电平时，光电耦合器的二极管有电流流过，光电三极管导通饱和，三极管流过，光电三极管导通饱和，三极管T T的基极加上一个电的基极加上一个电压，使压，使T T也导通饱和，在也导通饱和，在R4R4上产生一个控制电压加到单向上产生一个控制电压加到
38、单向可控硅上，导致可控硅导通，使负载有电流。在这里，单可控硅上，导致可控硅导通，使负载有电流。在这里，单向可控硅起到一个直流电压开关作用。光电耦合器起到单向可控硅起到一个直流电压开关作用。光电耦合器起到单片机系统低电压和负载系统高压直流的光电隔离作用，一片机系统低电压和负载系统高压直流的光电隔离作用，一般负载直流电压比较高。三极管般负载直流电压比较高。三极管T T可以实现功率放大和电可以实现功率放大和电平转换。由于是电子开关，没有机械噪声，没有触点接触平转换。由于是电子开关，没有机械噪声，没有触点接触电阻存在，开关频率高，是继电器不可比拟的。电阻存在，开关频率高，是继电器不可比拟的。11.2.
39、2可控硅在电压调节中的应用双向可控硅交流电压控制电路中的应用双向可控硅交流电压控制电路中的应用如图如图11.1711.17所示：所示：11.2.2可控硅在电压调节中的应用 在图中，在图中，MOC3021MOC3021是带光电隔离的可控硅触发元件，当单片机的是带光电隔离的可控硅触发元件，当单片机的P1.0P1.0口为低电平时，口为低电平时，有电流流过有电流流过 MOC3021MOC3021的发光二极管，通过光电三极管把光能转变为电能，来控制可控硅的导通，的发光二极管，通过光电三极管把光能转变为电能，来控制可控硅的导通，外加外加220220V V交流电交流电 通过负载。在这里，双向可控硅起到了交流
40、大功率开关的作用。通过负载。在这里，双向可控硅起到了交流大功率开关的作用。 在图在图11.1711.17中，还可以实现交流电无级调压的功能。通过对中，还可以实现交流电无级调压的功能。通过对220220V V交流电压的过零信号的交流电压的过零信号的检测，得到一个与交流电过零的同步信号输入单片机，通过软件的控制，实现对可控检测，得到一个与交流电过零的同步信号输入单片机，通过软件的控制，实现对可控硅的导通角的控制，使负载上的交流电压从硅的导通角的控制，使负载上的交流电压从0 0一一220220V V的无级调压。的无级调压。 同样在图同样在图11.1711.17中，把中，把MOC3021MOC3021
41、换成换成MOC3063MOC3063，MOC3063MOC3063是带光电隔离的过零触发可是带光电隔离的过零触发可控硅触发元件，自动在交流电的过零时刻触发可控硅，由于是过零触发，减少了可控控硅触发元件，自动在交流电的过零时刻触发可控硅，由于是过零触发，减少了可控硅在使用时产生的干扰。使用硅在使用时产生的干扰。使用MOC3063MOC3063，同样可以起到交流电开关的作用，也可以进同样可以起到交流电开关的作用，也可以进行无级调压控制。通过控制每秒钟内允许导通的时间来调节交流电压。行无级调压控制。通过控制每秒钟内允许导通的时间来调节交流电压。11.2.3固态继电器固态继电器（SSR）是一种新型的电
42、子开关，与机械式继电器相比，其控制电流小，无触点，无噪声，可以实现光电隔离，工作频率高，体积小，寿命长等特点，在计算机测控领域中，有替代传统的机械式电磁继电器的趋势。11.2.3固态继电器固体继电器有直流型和交流型两种。直流型主要用于直流固体继电器有直流型和交流型两种。直流型主要用于直流大功率场合，交流型有移相触发和过零触发两点。固态继大功率场合，交流型有移相触发和过零触发两点。固态继电器本质是带光电隔离的可控硅组合装置，是一个有二个电器本质是带光电隔离的可控硅组合装置，是一个有二个输入端，二个输出端的四端器件，外面用环氧封装，其结输入端，二个输出端的四端器件，外面用环氧封装，其结构如图构如图
43、11.1811.18所示：所示：SSR123411.2.3固态继电器不论是直流型还是交流型固体继电器，其内部均由光电隔不论是直流型还是交流型固体继电器，其内部均由光电隔离器，可控硅触发器，可控硅元件和吸收电路组成。直流离器，可控硅触发器，可控硅元件和吸收电路组成。直流型固态继电器的驱动电流在型固态继电器的驱动电流在3-203-20mAmA，控制输出的工作电控制输出的工作电压在压在10-20010-200V V左右。其典型应用如图左右。其典型应用如图11.1911.19所示。所示。DC - SSR负载11.2.3固态继电器图图11.1911.19中，电阻中，电阻R R是限流电阻，保护直流固态继是
44、限流电阻，保护直流固态继电器的二极管电流不至过大而损坏，引脚电器的二极管电流不至过大而损坏，引脚2 2输入控输入控制信号，引脚制信号，引脚3 3接负载，如果负载是感性的，需加接负载，如果负载是感性的，需加二极管吸收反电势引起的电能，保护直流固态继二极管吸收反电势引起的电能，保护直流固态继电器的输出部分，引脚电器的输出部分，引脚4 4接负载端地，千万不能与接负载端地，千万不能与控制端共地。控制端共地。 DC - SSR负载11.2.3固态继电器 图图11.2011.20是交流型固体继电器的典型应用。是交流型固体继电器的典型应用。 在电路中，三相电源通过交流型固态继电器加到电动机上，在控制方在电路
45、中，三相电源通过交流型固态继电器加到电动机上，在控制方式上与直流型固态继电器相似。在具体应用中，应根据控制电压和被式上与直流型固态继电器相似。在具体应用中，应根据控制电压和被控制的电压的大小，选择适当的固态继电器，使用中，千万不能使负控制的电压的大小，选择适当的固态继电器，使用中，千万不能使负载端短路，造成大电流烧毁器件，要考虑器件的散热条件，使用感性载端短路，造成大电流烧毁器件，要考虑器件的散热条件，使用感性负载时要加保护元件，一般固态继电器适用于大功率的控制场合。负载时要加保护元件，一般固态继电器适用于大功率的控制场合。SSRSSR交流电机习题与思考题设计单片机通过设计单片机通过P1P1口
46、输出二个开关量控制口输出二个开关量控制LEDLED灯的电路，使二个灯的电路，使二个LEDLED灯轮灯轮流显示，间隔流显示，间隔1 1s s，编写相应的程序。编写相应的程序。2. 2. 单片机通过数据总线单片机通过数据总线P0P0口输出开关量与通过口输出开关量与通过I/OI/O口输出开关量有何区别口输出开关量有何区别？3. 3. 利用二片利用二片7474LS377LS377接口缓冲器，设计一个单片机控制十六个接口缓冲器，设计一个单片机控制十六个LEDLED灯的电灯的电路，使十六个路，使十六个LEDLED灯排列成一个园形，编写程序，十六个灯中始终只有一灯排列成一个园形，编写程序，十六个灯中始终只有
47、一个灯点亮，点亮的灯沿园周运动。个灯点亮，点亮的灯沿园周运动。4. 4. 叙述光电耦合器的工作原理，在哪些情况下需要在单片机应用系统使叙述光电耦合器的工作原理，在哪些情况下需要在单片机应用系统使用光电耦合器。用光电耦合器。5. 5. 叙述继电器的工作原理，为什么要在继电器线圈两端加一个二极管？叙述继电器的工作原理，为什么要在继电器线圈两端加一个二极管？6. 6. 见图见图11.11,11.11,如果图中继电器的型号为如果图中继电器的型号为JZX-140FFJZX-140FF，估算电阻估算电阻R1R1、R2R2、三三极管极管T T和二极管和二极管D D的参数。的参数。7. 7. 叙述单向可控硅和
48、双向可控硅的工作原理，在应用中如何选择。叙述单向可控硅和双向可控硅的工作原理，在应用中如何选择。8. 8. 应用双向可控硅，设计一个控制应用双向可控硅，设计一个控制220220V V单相交流电动机的转速的电路，单相交流电动机的转速的电路，电动机的转速采用光电传感器检测，可控硅的触发器采用电动机的转速采用光电传感器检测，可控硅的触发器采用MOC3063MOC3063过零过零触发元件，画出电路图和程序设计框图。触发元件，画出电路图和程序设计框图。9. 9. 固态继电器与普通线圈式继电器有何区别，在使用中要注意哪些情况固态继电器与普通线圈式继电器有何区别，在使用中要注意哪些情况？10. 10. 叙述固态继电器与可控硅的异同之处。叙述固态继电器与可控硅的异同之处。
