高速光电耦合器
更新时间：2011-05-28 09:00
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高速光电耦合器是一种在原基础上发展的具有高速特点的光电耦合器。它能克服工业自动化控制复杂的现场环境下，强电传动执行机构和远程控制网络系统之间强电场、磁场等干扰。广泛应用于微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口、电动机数字光电编码器与PLC控制器之间转换接口、电机控制等领域。
高速光电耦合器的原理
高速光电耦合器6N137 由磷砷化镓发光二极管和光敏集成检测电路组成。通过光敏二极管接收信号并经内部高增益线性放大器把信号放大后,由集电极开路门输出。6N137引脚图和内部结构图如图1和图2所示。该光电器件高、低电平传输延迟时间短,典型值仅为45ns ,已接近TTL 电路传输延迟时间的水平。具有10Mbps的高速性能，因而在传输速度上完全能够满足隔离总线的要求。内部噪声防护装置提供了典型10kV/μs的共模抑制功能。除此之外,6N137还具有一个控制端,通过对该端的控制, 可使光耦输出端呈现高阻状态。
1:N.C.；2:Anode（阳极）；3:Cathode（阴极）；4:N.C.；5:GND；6:Output(Open collector开路集电极)；7:Enable（使能端）；8:VCC
6N137原理图
6N137的内部结构原理如图3所示，信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。
简单的原理如图1所示，若以脚2为输入，脚3接地，则真值表如附表2所列，这相当于非门的传输，若希望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平。
高速光电耦合器的应用
高速光电耦合器的应用问题
在应用PLC高速计数器时往往会碰到，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配、旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器却要求接受的是0-24v传输脉冲信号、有的编码器为了提高编码器的可靠性，提供A＋、A-，B＋、B-，Z＋、Z-对称反相计数脉冲或者提供A＋、A-，B＋、B-，Z＋、Z-对称反向的正弦矢量信号，但PLC高速计数器接收的计数脉冲是单相脉冲。使用者没有选用合适的接口而放弃了其中一相（是为提高系统抗干扰能力而提供的双相计数脉冲）进行计数。又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合非单方向匀速运动，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，如果接口没有匹配处理好是非常容易发生计数误差的、还有脉冲数据传输距离稍长些，脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变。有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的沿口是有速率要求（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭），尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动产生磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。
在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。
问题最终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲又没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。所以许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提高精度的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹源头在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉照样可以工作。常常是在设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。我们对那些可“精简多余”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知，它在构成系统整体时存在的必要性，和选好对应匹配的接口，是对系统长期稳定运行的可靠保障。尤其是精确度要求比较高的机械电气合一的数控项目中尤为重要。为此我们引进了先进而又成熟的技术，吸收消化了许多细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A／B型双高速光栅隔离耦合器和MHM-06双高速差模信号转换器接口。而且分别还有多种输出方式，可以满足国内外现有形式的PLC控制器的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些问题系统上、在老系统进行数控改造项目上实际应用得到了验证。使控制精度有非常显着提高，使理论设计精度与实际得到的效果完全吻合。
高速光电耦合器的参数
输入参数 INPUT DATA
工作电压范围 Operating Voltage Range 5 - 24 V
输入直流电压 Input DC Voltage A型为PLC电平0 - 24 V ，B型为TTL电平0 - 5V
典型输入电流 Type Input Current With Un 5 mA
典型传输频率 Transmission Frequency MHM032A/B 0 - 800 KHz ，MHM-03AO/BO 0 - 400KHz
输出参数 OUTPUT DATA
工作电压范围 Operating Voltage Range 5 – 35 V （DC）
连续负载电流输出电流 Continuous Load Current 25 mA \ 集电极开路 100 mA
典型范围可DC 9 – 30 V，而输出固定为TTL电平。
MHM-03AO输入PLC电平、MHM-02BO输入TTL电平，而模块的工作电源范围可DC 9 – 30 V，而输出为集电极开路OC。
