淺談開關量采集回路的設計及交流干擾問題解決方案

開關量采集回路選用光耦隔離，光耦作為電路之間的信號傳輸，使前端與負載完全隔離，增加安全性，減少電路干擾。該回路的運行質量直接影響著保護動作的準確性，所以需要采取一些電路的保護措施增加開關量采集回路的安全可靠性。光耦回路設計的缺陷是直接導致保護誤動的根本原因。以下我們我們就討論一下解決方案。

典型的開關量采集回路的功能主要是濾波、電平轉換、隔離和功率驅動。以光耦輸入端為24VDC，隔離輸出端為主控CPU系統單元為例，如圖

圖中電路選用的光耦型號為TLP521-1，為線性光耦，由于光電耦合的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的邏輯電路更可靠，且體積小，成本低。電阻R1根據輸入電壓選擇，根據GB要求所選電阻值將輸入電壓控制在55%-70%之間動作。即（55%-70%）U=（13.2V-16.8V），在13.2V以下完全截止，16.8V以上完全導通。假設光耦導通電流為4mA-10mA。當輸入為16.8V以上時，此時光耦導通，所以就有1.7K3.4KΩ，電阻R1可以選擇3.4K-4.2KΩ之間的一個值。光耦的導通最小電流為4mA，根據它的電流傳輸比CTR為50%，集電極的電流IC=IF*50%=4mA*50%=2mA，同時為了使光電三極管盡快進入飽和區，選擇上拉電阻R2為4.7KΩ。防止輸入電壓有大的突變，在光耦兩端并聯一個肖基特二極管D1來保護光耦，電容C1和R1構成低通濾波電路，濾掉輸入信號夾雜的各種干擾信號。

在實際應用中，電力系統外圍電路提供給裝置輸入電壓通常為直流220V，上圖的電路不能滿足需求，因此在回路中串聯了一個47V/1W的穩壓二極管Z1及限流電阻R3、R4，輸入的220VDC電壓先經過R4電阻分壓，當R4兩端電壓達到100V以上時，使Z1反向穩壓，電壓經R1、R3限流達到驅動光耦導通電流后導通。該電路在現場應用中發現，在50Hz交流干擾很大的環境下發生誤導通現象，故對該電路進行了改進，如圖

該電路將電容C1并聯在電阻R4的兩端，增加了一個肖基特二極管D2.并且將穩壓管Z1更換為耐壓100V/1W的穩壓管，提高了回路擊穿電壓。當加入干擾脈沖時，穩壓管Z1不導通電容C1充電過程有效的吸收了脈沖，干擾脈沖過后，電容C1經過R4放電，從而避免了光耦元件U1受干擾導通。未增加二極管D2時候，在輸入端做電氣騷擾實驗，150VAC電壓經兩個串行電容加到輸入端，光耦導通，CPU端有信號輸入，實驗測得二極管D2負端對地電壓為150VAC，增加D2后做電氣騷擾實驗，輸入端加150VAC，電壓經過二極管D2，將電壓降低為20VAC，該電壓啟動不了光耦，這樣就解決了交流干擾引起的開關量導通的問題。