多节点电流感应控制器多路开关量输出NPN和PNP通用型的原理与问题探讨

发布于: 2022-10-15 16:19
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分类: 技术和文章

         多节点电流控制器,是在电流感应开关、或是电流开关传感器的基础上,增加了多路开关量输出的一款升级产品,原理如下图。它可以当作是多路电流感应开关使用。电流传感器是感应到一个电流信号,然后整理成一个后级能识别的标准信号并传送出去,比如开关量的电流感应开关、模拟量的4-20mA的变送器等,电流感应控制器则是可以直接控制用电设备的。如小功率电机(马达)、风机风扇等,控制的用电设备的功率由输出的开关触点容量限定 。

         控制器输出的也是开关量。理论上,可以输出无限多路(组),但实际上的应用并没有多少组,一般有:1组、2组、4组、…… 。

         检测同一条电气线路的传统模式:需要几路输出就用几个电流开关传感器,此种方法是非常占用物理空间的,也大幅提升了设备的成本。    

   

         然而,这种新一代多节点检测开关传感控制器,也带来了新的问题。

         电流控制器的输出方式一般有继电器和电子开关,而电子开关又分控制纯直流、控制纯交流、控制交流和直流通用的。和一般的继电器(机械触点)不同,一个机械触点既可以过交流,也可以过直流,而电子开关在多路控制技术上比机械触点的继电器复杂得多。

         控制交流电的一般是晶闸管(又称双向可控硅),外加一个耐高电压的光耦即可完成隔离,接线相当灵活。各路(组)可以独立也可以COM式接线。

   

 

纯控制直流的却有几种模式,一是PNP模式、二是NPN模式、三是集合NPNPNP通用模式。

   

         

无论是NPN模式或是PNP模式,都有很强的极性逻辑。当电源线的正负极接错时,轻则不能正常控制(工作),重则烧毁设备。而下图的PNPNPN的混合模式,对此情况则有一定的改善。

 

 

        由上图可知,NPNPNP的通用模式,在应用接线时,比纯PNPNPN模式灵活了很多,但是在控制上却有不小的难题,就是各路(组)之间的隔离问题,它不像机械式的继电器那样简单,也不像晶闸管那方便。首先MOSFET管的源极必须要隔离,G1G2G3G4不能连接在一起,而且MOSFET管是需要电能驱动的 —— 电压驱动。

        如果受控制的电源电压是在12V24V等这些低压时, 我们可以在输出端追加一个驱动电源,问题不算大。但是,当要控制110V220V240V……时,问题就凸显出来,若是追加一个驱动电源,又牵涉到隔离的问题,当然你的驱动电源本身就隔离得很好的,这应不是问题。

        因为MOSFET管是压控元器件,只要在栅极(G极)加一个VGS电压,即可达到控制的目的。为此设计一个输出10-15V的隔离电源,以达到目的。这样既可以控制低压的12V24V,又可以控制高压的110V220V240V,且交流或直流均可以;且顺带解决了驱动电源的隔离问题,

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