Координация на структурни логически вериги със силови вериги

Разработването на структурни логически схеми върху безконтактни логически елементи почти винаги предполага, че превключването на силовите вериги, които ще се управляват от логическата схема, трябва да се извършва и върху безконтактни елементи, които могат да бъдат тиристори, триаци, оптоелектронни устройства.

Изключение от това правило могат да бъдат само релета за наблюдение на напрежение, ток, мощност и други параметри, които все още не са прехвърлени към безконтактни елементи. Разликата в параметрите на изходните сигнали на структурните логически вериги и параметрите на комутационното оборудване налага решаването на проблема за съвпадение на тези параметри.

Задачата на съвпадение е да преобразува изходния сигнал на логическата верига в сигнал с такива параметри, които биха надхвърлили аналогичните параметри на входните вериги на безконтактно комутационно оборудване.

Решението на този проблем зависи от параметрите на натоварване на силовата верига. При натоварване с ниска мощност или превключване на сигнални вериги може изобщо да не се изисква специална координация. В този случай токът на натоварване на изходния логически елемент трябва да бъде по -голям или в краен случай равен на входния ток на оптронника, т.е. LED ток или сумата от LED токове, ако изходната функция контролира множество захранващи вериги.

Когато това условие е изпълнено, не се изисква споразумение. Достатъчно е само да изберете оптотиристор с LED ток по -малък от тока на натоварване на изходния логически елемент, а токът на фототиристора е по -голям от номиналния ток на включената електрическа верига.

В такива вериги изходният сигнал от логическия елемент се подава към светодиода на оптрон, който от своя страна контролира превключването на нискотоковата силова верига на товара или сигналния елемент.

Ако такъв оптрон не може да бъде избран, в такива случаи е достатъчно да изберете последния елемент от логическата схема, който реализира логическата функция с повишено съотношение на разклонение или с отворен колектор, с който можете да получите необходимите параметри на изхода логически сигнал и директно да го приложите към светодиода на оптрона. В този случай е необходимо да се избере допълнителен източник и да се изчисли ограничаващият резистор на отворения колектор (виж фиг. 1).

 Ориз. 1. Схеми за свързване на оптрони към изхода на логически елементи: а — на логически елемент с отворен колектор; б — включване на оптрон в излъчвателя на транзистора; c — обща емитерна верига

Така например, резисторът Rk (фиг. 1 а) може да се изчисли от следните условия:

Rk = (E-2.5K) / Iin,

където E е източник на напрежение, което може да бъде равно на напрежението на източника за логически микросхеми, но трябва да бъде по -голямо от 2,5K; K е броят на светодиодите, свързани последователно към изхода на микросхемата, докато се счита, че приблизително 2,5 V пада върху всеки светодиод; Iin е входният ток на оптрона, тоест токът на светодиода.

За тази комутационна верига токът през резистора и светодиода не трябва да надвишава тока на микросхемата. Ако планирате да свържете голям брой светодиоди към изхода на микросхемата, тогава е препоръчително да изберете логика с висок праг като логически елементи.

Нивото на единичен сигнал за тази логика достига 13,5 V. По този начин изходът на такава логика може да бъде приложен към входа на транзисторен превключвател и до шест светодиода могат да бъдат свързани последователно към емитер (фиг.1 б) (диаграмата показва един оптрон). В този случай стойността на токоограничаващия резистор Rk се определя по същия начин, както за веригата на фиг. 1 а. С нископрагова логика светодиодите могат да се превключват паралелно. В този случай стойността на съпротивлението на резистора Rk може да се изчисли по формулата:

Rk = (E — 2.5) / (K * Iin).

Транзисторът трябва да бъде избран с допустим ток на колектора, надвишаващ общия ток на всички светодиоди, свързани паралелно, докато изходният ток на логическия елемент трябва надеждно да отвори транзистора.

На фиг. 1 в е показана схема с включване на светодиоди към колектора на транзистора. Светодиодите в тази верига могат да бъдат свързани последователно и паралелно (не е показано на диаграмата). Съпротивлението Rk в този случай ще бъде равно на:

Rk = (E — K2.5) / (N * Iin),

където — N е броят на паралелните LED клони.

За всички изчислени резистори е необходимо да се изчисли тяхната мощност по добре известната формула P = I2 R. За по-мощни потребители е необходимо да се използва тиристорно или триаково превключване. В този случай оптронът може да се използва и за галванична изолация на структурната логическа верига и силовата верига на изпълнителния товар.

При превключващи вериги на асинхронни двигатели или трифазни натоварвания от синусоидален ток е препоръчително да се използват триаци, които се задействат от оптични тиристори, а при превключващи вериги с DC двигатели или други DC натоварвания е препоръчително да се използват тиристори… Примери за превключващи вериги за AC и DC вериги са показани на фиг. 2 и фиг. 3.

 Ориз. 2. Комуникационни схеми на трифазен асинхронен двигател

 Ориз. 3. Комутационна верига на постоянен двигател

Фигура 2а показва превключващата схема на трифазен асинхронен двигател, чийто номинален ток е по-малък или равен на номиналния ток на оптичния тиристор.

Фигура 2б показва схемата на превключване на асинхронен двигател, номиналният ток на който не може да се превключи от оптични тиристори, но е по -малък или равен на номиналния ток на управлявания триак. Номиналният ток на оптичния тиристор се избира според управляващия ток на управлявания триак.

Фигура 3а показва превключващата верига на DC двигател, номиналният ток на който не надвишава максимално допустимия ток на оптотиристора.

Фигура 3б показва подобна схема на превключване на DC двигател, номиналният ток на който не може да се превключи от оптични тиристори.