【应用】PS2701-1光耦隔离器在开关量输入电路中应用

时间： 2019-11-23 来源：世强

随着电力电子中各种装置的数字化、智能化趋势日益明显，需要实时检测各种数字开关如断路器、接触器、负荷开关等位置信号的工作状态，开关量输入电路可对这些工作状态进行实时检测。目前，传统的开关量输入电路抗电磁干扰能力较弱，工作可靠性较低，不利于开关量输入电路的长期稳定运行。本开关量输入电路接收外部的数字开关量信号，经过PS2701-1 光耦隔离器处理后送到处理器的IO口。此电路更简洁实用，抗干扰能力强，广泛应用于变频器电路中。

图1 开关量输入电路硬件原理图

开关量输入电路硬件原理图如图1所示。其工作流程如下：当PW与S1之间为低电平时,光耦隔离器PC1关断,S1-1输出为高电平；当PW与S1之间为高电平时，光耦PC1导通，S1-1输出为低电平；可见本电路接收外部的数字开关量信号，经过处理后送到处理器的IO口。其中，光耦隔离器PS2701-1实现了信号的电-光-电的转换传输，同时起到了输入与输出的隔离，避免了电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，防止了处理器被烧坏的风险；电阻R1为光耦PC1原边二极管电荷泄放电阻，确保了光耦PC1原边二极管电流从零开始增加；电阻R2为电路的输入阻抗电阻，可限制光耦PC1原边二极管电流，起保护作用；二极管D1与D2构成了整流桥，实现了PW与S1双向输入；稳压二极管Z1提高了原边光耦导通阀值电压，防止干扰时无导通；电阻R3为光耦PC1副边上拉电阻；电容C1、C2为滤波电容，可有效滤除信号上的尖峰和毛刺；电阻R4与电容C3构成了RC低通滤波器，有效截止高频信号的干扰。

关键器件的选择与参数计算

1》光耦隔离器

选用PS2701-1，其具有导通频率范围比较广，价格低，且电流传输比较大的优点。该光耦的传输比为100%～300%，原边管压降约为1.1V 。

2》稳压二极管Z1

导通原边电流最小时，有输入高电平为12V，因此其低电平输入值在应<8V，则有：

(VI-0.7-0.7)*R1/(R1+R2)= VZ+VF

计算得: VI= （VZ+VF）/R1*(R1+R2)+1.4

VF为PC1二极管导通阀值，0.7为开关二极管压降，VZ为稳压二极管反相击穿电压， VI为原边开通电压阀值。此电路选用稳压二极管BZX84C2V4LT1，其VZ=2.4V，额定功率0.225W。其中电阻R1为光耦PC1原边二极管电荷泄放电阻，没有特别要求，取5.1kΩ。电阻R2为电路输入阻抗，限制光耦PC1原边二极管电流，取3.3kΩ。此时有：VI=7.16V， PZ=VZ*IFM=0.018w ，满足电路设计需求。

3》二极管D1、D2

二极管D1、D2构成整流桥，实现双向输入，它们的选择要满足输入电压和电流的要求。输入电压最高为30V，输入阻抗为3.3kΩ，因此最大输入电流为

IF =(30-1.1-0.7-0.7-2.4)/3.3 =7.6mA

其中1.1V为光耦PC1二极PC1管压降，0.7为二极管压降，2.4为稳压二极管反相击穿电压。选用100V/200mA开关二极管满足要求。

4》电阻R3

电阻R3为光耦PC1副边限流电阻，它的选择要考虑光耦的电流传输能力，使光耦工作在饱和状态，使S1-1的低电平满足处理器IO口电平要求。光耦PC1原边最小电流为

IF min =(12-1.1-0.7-0.7-2.4)/3.3 =2.2mA

处理器IO口要求的低电平电压最大为0.8V，查光耦集电极饱和电压与集电极电流的关系曲线如图2所示，光耦原边电流为2.2mA时，集电极电流小于2mA，集电极饱和电压小于0.8V。

图2 集电极饱和电压与集电极电流的关系曲线

因此有

(3.3-0.8)/R3 <2mA

计算得 R3>1.25 kΩ；

为了提高可靠性，集电极饱和电压越低越好，即集电极电流越小越好，取R3=4.7kΩ，集电极饱和电压约为0.2V。

总的来说，PS2701-1光耦隔离器实现了开关量输入信号的传输和隔离，并通过其他的器件来匹配电路，提高了开关量输入电路传输的可靠性和抗干扰性。此电路更简洁实用，抗干扰能力强，目前在我司的变频器中广泛使用此电路采集开关量信息如启停信号、正反转信号、多段速信号等。

下面提供PS2701-1电气性能参数和数据手册链接，以供参考。

PS2701-1数据手册链接：https://www.sekorm.com/doc/45296.html。

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叶子41535136 Lv4. 资深工程师 2019-12-11

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