3.5.10.2 Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода sdx-09
Дискретные выходы в модуле ввода-вывода SDX-09 реализованы на твердотельных реле (Solid State Relay, SSR) CPC1035N и позволяют коммутировать на выходе до 300В с максимальным током нагрузки 100 мА. Управление дискретными выходами программное с помощью линий DOUTx
(где x – (0..8) номер дискретного выхода). Подача логического нуля на линии DOUT приводит к замыканию контактов соответствующего дискретного выхода. При подаче нуля на вход P5 на диоде D56 появляется разность потенциалов, достаточная для его зажигания.
Рис. 48. Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода SDX-09.
Основными отличиями твердотельных реле от электромеханических являются:
Отсутствие электромагнитных помех в момент переключения.
Высокое быстродействие.
Отсутствие акустического шума.
Отсутствие дребезга контактов реле.
Высокое сопротивление изоляции между входом и выходом.
Большое количество переключений, не менее 109 раз.
Малое энергопотребление.
Рис. 49. Твердотельное реле CPC1035N
Напряжение изоляции CPC1035N – 1500В.
Рис. 50. Временные характеристики переключения твердотельного реле: Ton = 2мс, Toff = 1 мс.
Необходимо заметить, что твердотельные реле данного типа срабатывают достаточно медленно. Длительность фронта достигает 2 мс, длительность спада 1 мс.
3.5.10.3 Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода sdx-09
Дискретные входы выполнены на базе оптронов KPC357NT. При подаче напряжения в диапазоне 0..24 В на дискретные входы на программно доступной линии DIN x (где x – (0..8) номер дискретного входа) формируется сигнал логического нуля.
Рис. 51. Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода SDX-09.
Рис. 52. Оптрон KPC357, состоящий из светодиода и фототранзистора.
Напряжение гальванической изоляции таких оптронов 600В (кратковременно до 3750В).
3.5.10.4 Реализация гальванической изоляции rs-232 в контроллере sdk-1.1
Гальваническая изоляция нужна для защиты ядра вычислительной системы от помех, от разности напряжений при коммутации (установке оборудования). Реализуется с помощью трансформаторной изоляции или с помощью оптоэлектронной схемы. Недостаток трансформаторов состоит в том, что они работают только на переменном токе. Оптоэлектронные схемы (оптопары) состоят из светоизлучающих приборов (диоды) и фотоприѐмников
(фоторезисторы, фототранзисторы). Оптопары работают хорошо только на полярном подключении, что неудобно при передаче аналоговых сигналов. Гальваническая изоляция позволяет защитить SDK-1.1 от высоких напряжений, различных наводок и подключать его к ПК во время работы.
Рис. 53. Гальванически изолированный последовательный интерфейс SDK-1.1.
Р
еализована
гальваническая изоляция на базе двух
оптронов U8 и U9 (KPC357). Оптрон KPC357 состоит
из светодиода (выводы 1,3) и фототранзистора
(выводы 6,4). Если через светодиод пустить
ток, то он начинает излучать свет. Свет
падает на PN-переход фототранзистора и
открывает его. Когда свет гаснет,
фототранзистор закрывается. Гальваническая
изоляция достигается как раз за счет
того, что между двумя элементами оптрона
нет никакой связи, кроме оптической.
VA-0505S1 (U18) – DC/DC преобразователь из 5 вольт
в 5. Напряжение гальванической изоляции
– 1000В (кратковременно до 3000В). На входы
+Vin и –Vin поступает напряжение с внутренней
шины питания SDK-1.1. С выходов +Vout и –Vout
снимается напряжение для питания внешних
цепей, находящихся за пределами барьера
гальванической изоляции. Сигнальные
линии Tx и Rx проходят через оптроны KPC357
(U8, U9).
Необходимо заметить, что оптроны срабатывают не мгновенно. В данном типе оптронов длительность фронта (tr) и спада (tf) выходного импульса может быть от единиц до десятков мкс.
Рис. 54. Зависимость времени реакции оптрона от сопротивления нагрузки
Именно поэтому в учебных стендах SDK-1.1 скорость передачи данных по RS-232C ограничена скоростью 19200 бит/с. Длительность одного бита при такой скорости Tбит = 1/19200 = 52 мкс. Так как суммарная длительность фронта и спада (время реакции) у данного типа оптронов может достигать 40 мкс, на больших скоростях оптроны просто не будут успевать срабатывать.
ST202CD (U17) – приѐмопередатчик, преобразующий уровень TTL (0..+5В) в уровни стандарта RS-232C.
Рис. 55. Структурная схема приемопередатчика ST202