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無觸�(diǎn)開關(guān)
閱讀�14688�(shí)間:2010-12-29 21:13:06

  無觸�(diǎn)開關(guān),是一種由微控制器和電力電子器件組成的新型開關(guān)器件,依靠改變電路阻抗�,階躍地改變�(fù)荷電�,從而完成電的路通斷。無��(diǎn)開關(guān)的主要特�(diǎn)是沒有可�(yùn)�(dòng)的觸頭部�,導(dǎo)通和�(guān)斷時(shí)不出�(xiàn)電弧或火花,�(dòng)作迅�,壽命長,可靠性高,適合防�、防�、防潮等特殊�(huán)境使用�

概述

  無觸�(diǎn)開關(guān)分為磁放大器式無觸點(diǎn)開關(guān),電子管、離子管式無觸點(diǎn)開關(guān)和半�(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)。各種無觸點(diǎn)開關(guān)的內(nèi)部結(jié)�(gòu)不同,開�(guān)特性也有所不同,詳�(xì)了解每種類型的內(nèi)部開�(guān)原理以及開關(guān)特�,有利于開發(fā)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選擇合適的無觸�(diǎn)開關(guān)。磁放大器式無觸�(diǎn)開關(guān)體積與重量較大且電流�(zhuǎn)換速度�,已較少采用;電子管、離子管式無觸點(diǎn)開關(guān)由于電子管、離子管的功率不能做得很�,在�(shí)際應(yīng)用中受到了很大的限制,也已較少使用�

  半導(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)是借電路中半導(dǎo)體器件的可控�(dǎo)通性來�(shí)�(xiàn)電路通斷的一種開�(guān)電器。它�20世紀(jì)50年代后發(fā)展起來的一種開�(guān),可用晶體管或晶閘管組成,由于晶體管受到功率的限�,大都采用晶閘管及其控制電路組成。半�(dǎo)體無觸點(diǎn)開關(guān)的優(yōu)�(diǎn)是:電流可以做得較大,耐反壓值高,控制門極功耗小,導(dǎo)通和�(guān)斷時(shí)間短,工作壽命長,環(huán)境適�(yīng)性好,工作效率高等� 例如,對有觸�(diǎn)的接觸器,操作頻率高�36�/h以上�(shí)就很困難�,但對半�(dǎo)體式無觸�(diǎn)開關(guān)則操作頻率每小時(shí)可達(dá)�(shù)萬次至數(shù)十萬次以��

�(yōu)�(diǎn)

  無觸�(diǎn)開關(guān)在電磁兼容�、可靠�、安全性等方面的優(yōu)越性是觸點(diǎn)開關(guān)無法比擬�。無觸點(diǎn)開關(guān)是用可控硅來控制�,因此它是在PN�(jié)�(nèi)部完成導(dǎo)通和截流�,不會有火花,彌�(bǔ)了觸�(diǎn)開關(guān)�(fù)合時(shí)有火花的不足,避免因電流過大出現(xiàn)火花或在高電壓電路中擊穿空氣,造成誤動(dòng)作。無觸點(diǎn)開關(guān)的耐高壓性也很好,如一些大型電�(jī)在起�(dòng)�(shí),由于轉(zhuǎn)子由靜止�?yōu)檗D(zhuǎn)�(dòng)的慣性非常大,造成起動(dòng)電流超大(基本相當(dāng)短路電流),停�(jī)�(shí)由于慣性繼�(xù)�(yùn)�(zhuǎn),會造成非常高的電壓,無觸點(diǎn)開關(guān)便可�(yīng)用于��

常見類型

  1.以三端穩(wěn)壓器�(shí)�(xiàn)的無觸點(diǎn)開關(guān)

  三端�(wěn)壓器是設(shè)�(jì)者十分熟悉的常用廉價(jià)器件之一,圖1是利用三端穩(wěn)壓器�(shè)�(jì)的開�(guān)電路。從控制端加入的信號決定是否將三端穩(wěn)壓器與地�(dǎo)�,若�(dǎo)通則輸出端上�,否則輸出端相當(dāng)于斷�。此電路十分簡單,也容易�(diào)�,且有多種電壓的�(wěn)壓器供選�,適用于直流�(fù)載的控制。缺�(diǎn)是穩(wěn)壓器的管壓降使輸出電壓有所降低,不適合電池供電的設(shè)備。選用低壓差三端�(wěn)壓器可有所改善�

圖1

  2.基于可控硅器件的無觸�(diǎn)開關(guān)

  目前有很多這類的器件供選擇,如意法半導(dǎo)體公司(ST)的ACS系列�(chǎn)品。該�(chǎn)品可以直接用來控制風(fēng)�、洗衣機(jī)、電�(jī)泵等�(shè)�,隔離電壓可�(dá)�500V-1000V以上。圖2是其典型�(yīng)用電�。此類器件價(jià)格低�,但只能用于交流�(fù)載的開關(guān)控制�

圖2

  3.基于光耦三極管和達(dá)林頓管的無觸�(diǎn)開關(guān)

  基于光電三極管的無觸�(diǎn)開關(guān)被稱為光電耦合器(photocoupler�,其工作原理如圖3所�。當(dāng)輸入端加正向電壓�(shí)�(fā)光二極管(LED)點(diǎn)�,光敏三極管會產(chǎn)生光電流從集電極供給�(fù)�;當(dāng)輸入端加反向電壓�(shí),LED不發(fā)�,使光敏三極管處于截�?fàn)顟B(tài),相�(dāng)于負(fù)載開�。該器件的工作速度比較�,一般在微秒級或者更�。從工作原理�,這類器件主要�(yīng)用于直流�(fù)�,也可用來傳輸電流方向不變的脈動(dòng)信號。該器件的工作速度比較�,一般在微秒級或者更��

圖3

  �(dá)林頓管是兩�(gè)雙極性晶體管的復(fù)合。達(dá)林頓管的�(yōu)�(diǎn)就是�(shí)�(xiàn)電流的多級放�,如�4所�;缺�(diǎn)是飽和管壓降較大。由于兩�(gè)晶體管共集電�,整�(gè)�(dá)林頓管的飽和電壓等于晶體管Q2的正向偏置電壓與晶體管Q1的飽和電壓之�,而正向偏置電壓比飽和電壓高得�,這樣整�(gè)�(dá)林頓管的飽和電壓就特別的�,因此達(dá)林頓管導(dǎo)通時(shí)的功耗較高�

圖4

  仙童半導(dǎo)體(fairchild)的�(dá)林頓光耦合器采用隔離達(dá)林頓輸出配置,將輸入光電二極� 和初級增益與輸出晶體管分隔開�,以�(shí)�(xiàn)較傳�(tǒng)�(dá)林頓光電晶體管光耦合器更低的輸出飽和電壓 (0.1 V) 和更高的�(yùn)作速度。該公司推出5種產(chǎn)品,采用單及雙溝道配�,提�3.3V�5V工作電壓的低功耗特�。雙溝道HCPL0730� HCPL0731光耦合器提�5 V電壓操作和SOIC8封裝,能�(shí)�(xiàn)的安裝密�。單溝道FOD070L、FOD270L及雙溝道FOD 073L器件的工作電壓為3.3V,比較傳�(tǒng)�5V部件,其功耗�(jìn)一步減�33%。NEC公司的芯片PS2802.1/4,PS27021,PS25021/2/4,PS25621/2 等也屬于�(dá)林頓光耦合��

  4.基于MOS或IGBT的無觸點(diǎn)開關(guān)

  基于MOS場效�(yīng)管的無觸�(diǎn)開關(guān)由于耦合方式不同有很多類,例如采用光電耦合方式的稱為光耦合MOS場效�(yīng)管(OCMOS FET�,原理如�5所�,虛線框�(nèi)為OCMOS FET的內(nèi)部原理圖�

圖5

  電路�(nèi)部包括光生電壓單元,�(dāng)�(fā)光二極管�(diǎn)�?xí)r,該單元給場效應(yīng)管的柵極電容充電,這樣就增大柵極與源極間的電壓,使MOS場效�(yīng)管導(dǎo)通,開關(guān)閉合。當(dāng)�(fā)光二極管熄滅�(shí),光生電壓單元不再給柵極電容充電,而且�(nèi)部放電開�(guān)自動(dòng)閉合,強(qiáng)制柵極放�,因此柵源電 壓迅速下�,場效應(yīng)管截止,開關(guān)斷開。OCMOS FET有兩種類型:一種是�(dǎo)通型(maketype�,常�(tài)下為斷開;另一種是斷開型(breaktype�,常�(tài)下為�(dǎo)通。此處所指的是導(dǎo)通型。光耦合MOS場效�(yīng)管是交直流通用�,工作速度沒有光電耦合器快,為毫秒�,它的輸出導(dǎo)通特性與輸入電流參數(shù)無關(guān)。OCMOS FET 可以以弱控強(qiáng),以毫安級的輸入電流�(qū)�(dòng)安級的電�。由于場效應(yīng)管可以雙�?qū)ā?dǎo)通電阻低的特�,它主要用于中斷交流信號,如�5所�,因此OCMOS FET又被稱為固態(tài)繼電器(SSR��

  基于MOS場效�(yīng)管的無觸�(diǎn)開關(guān)器件很多,如日本電氣公司(NEC)的 PS7200系列、Toshi ba TLP351系列、松下Nais AQV系列均屬于此�。通常低導(dǎo)通電阻型適用于負(fù)載電流較大的場合,例如NEC PS710B1A:導(dǎo)通電阻Ron = 0.1Ω(),負(fù)載電流IL=2.5 A(),導(dǎo)通時(shí)間Ton=5 ms。低CR積型的光MOS FET適用于需要切換高速信號的場合,如測量儀表的測試端等。所謂CR積指的是輸出級MOS FET的輸出電容與接通電阻的乘積,他是評�(jià)MOS FET特性的一�(gè)參數(shù)指標(biāo)。如NECPS7200H1A:導(dǎo)通電阻Ron=2.2 Ω,CR積為9.2 pF·Ω,導(dǎo)通時(shí)間Ton=0.5 ms,負(fù)載電流IL =160 mA�

  絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)�(gòu)如圖6所�。這種�(jié)�(gòu)使IGBT既有MOS FET可以獲得較大直流電流的優(yōu)�(diǎn),又具有雙極型晶體管較大電流處理能力、高阻塞電壓的優(yōu)�(diǎn)。這種器件可以連接在開�(guān)電路�,就像NPN型的雙極型晶體管,兩者顯著的區(qū)別在于IGBT不需要通過門極電流來維持�(dǎo)��

圖6

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