Управляемые выключатели
Уровень мощности выходного сигнала компьютера обычно очень мал: уровень напряжения "мощного" выходного сигнала лежит между +2 В и +5 В, а «маломощного» – менее 1 В. Максимальный ток зависит от присоединенной нагрузки, но, как правило, он менее 20 мА. Обычный выходной порт компьютера выдает мощность порядка 100 мВт. Это означает, что для управления большинством исполнительных механизмов сигнал компьютера нужно усилить. Для этого используются управляемые выключатели.
Наиболее распространенным электрически изолированным выключателем в системах управления всегда было электромеханическое реле. Реле – надежный выключатель, который может работать как на переменном, так и на постоянном токе. Ток, протекающий по обмотке реле, создает магнитное поле, перемещающее якорь из одного положения в другое. Таким образом, размыкаются и замыкаются электрические контакты, которые сами по себе могут пропускать токи, значительно большие, чем требуется для управления собственно реле. Типичный ток обмотки реле составляет около 0.5 А при напряжении 12В, поэтому реле нельзя управлять непосредственно с выхода компьютера; требуется промежуточный выключать средней мощности, например транзисторный усилитель, который устанавливается между выходом компьютера и реле. При проектировании систем с реле всегда необходимо помнить о проблемах энергоснабжения, поэтому при снятом питании реле должно принимать безопасное положение. Другими словами, отключение питания релейной системы не должно приводить к нежелательному поведению присоединенной нагрузки.
|
|
|
Существуют различные типы реле в широком диапазоне мощностей от милливольтовых поляризованных реле до киловаттных контакторов. Маломощные поляризованные реле для коммутаций сигналов небольшой мощности существуют в исполнении на платах расширения компьютера. Реле для больших мощностей слишком велики для этого и устанавливаются отдельно, чаще всего в закрытых стойках. Дополнительным преимуществом реле является то, что их работа хорошо знакома монтажникам и обслуживающему персоналу.
Среди недостатков реле следует отметить их относительно низкое быстродействие – переключение требует порядка нескольких миллисекунд, вместо микросекунд для электронных устройств. У реле, так же как и у механических выключателей бывает так называемое дребезжание контактов (раздел 4.3.1), которое может вызвать помехи, что в свою очередь влияет на измерительную аппаратуру и электронику компьютера.
Твердотельные полупроводниковые приборы (solid-state semiconductor) применяются для переключении больших мощностей, поскольку лишены многих недостатков реле. Твердотельный выключатель имеет управляющий вход, присоединенный к устройству управления. Твердотельные силовые выключатели могут приводиться в действие непосредственно выходными сигналами цепей цифровой. гики, поэтому их довольно просто использовать в компьютерном управлении.
|
|
|
Различные типы управляемых выключателей используются для коммутации малых и средних мощностей. Интегральные схемы с транзисторным выходом моя использовать до напряжений порядка 80 В и токов до 1.5 А; такие схемы управляются выходным сигналом компьютера. Когда уровень выходного сигнала компьютера превышает 2.4 В, ток, управляемый электронным выключателем, протекает через исполнительный механизм, а когда уровень сигнала ниже 0.4 В, транзистор заперт и ток не течет. В такой конфигурации транзистор работает как простой насыщающийся усилитель.
Для больших мощностей конструкция выключателя может основываться на пороговых транзисторах (discrete power transistors) или полевых МОП - транзисторах (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor – MOSFET). Такие цепи могут пропускать те 5-10 А и выдерживать разность потенциалов более 100 В. Из-за наличия внутреннего сопротивления при прохождении тока транзистор рассеивает некоторую энергию, поэтому, чтобы избежать перегрева, их нужно монтировать с учетом требований охлаждения.
|
|
|
При управлении большими мощностями (> 100 Вт) между выходом компьютера и электронным выключателем не должно быть прямых электрических связей, в противном случае выключатель является источником помех, которые могут повлиять на работу компьютера. Кроме того, при пробое выключателя высокое напряжение, предназначенное для питания привода, может повредить компьютер через прямую электрическую связь. Чтобы избежать указанных проблем, необходима гальваническая развязка, например схема с использованием оптической передачи сигнала управления, включающая светодиод и фототранзистор, расположенные вблизи друг друга и исключающие прямой электрический контакт.
Важный класс полупроводниковых выключателей – тиристоры. Типичными представителями этого класса являются симметричный триодный тиристор, или симистор (TRIode AC semiconductor – Triacs), и однооперационный триоидный тиристор, или однооперационный тринистор (Silicon-Controlled Rectifier – SCR). Другое название этих полупроводниковых приборов – управляемые твердотельные выпрямители (solid-state controlled rectifiers).
|
|
|
После того как тиристор, включенный управляющим импульсом, «поджигается», он будет оставаться включенным до тех пор, пока через него течет ток. Другими словами, в отличие от силового или полевого транзистора тиристор не выключается, когда исчезает управляющий сигнал. Тиристор не отключается даже если приложенное напряжение падает до нуля. Отключение происходит только в том случае, если управляющее напряжение меняет знак – вынужденная коммутация. Тиристоры чаще всего используются для отключения переменных токов, потому что изменение полярности через одинаковые промежутки времени, по крайней мере один раз за период, позволяет погасить тиристор при отсутствии управляющего импульса – естественная коммутация.
Тиристоры могут управлять значительно большими мощностями, чем силовые или полевые транзисторы. В проводящем состоянии внутреннее сопротивление тиристора практически равно нулю, соответственно, падение напряжения и выделение тепла минимальны, и ими можно пренебречь.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 19; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!