3.5.10.3 Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода sdx-09
Дискретные входы выполнены на базе оптронов KPC357NT. При подаче напряжения в диапазоне 0..24 В на дискретные входы на программно доступной линии DIN x (где x – (0..8) номер дискретного входа) формируется сигнал логического нуля.
Рис. 51. Реализация гальванической изоляции дискретного входа модуля ввода-вывода SDX-09.
Рис. 52. Оптрон KPC357, состоящий из светодиода и фототранзистора.
Напряжение гальванической изоляции таких оптронов 600В (кратковременно до 3750В).
3.5.10.4 Реализация гальванической изоляции rs-232 в контроллере
SDK-1.1
Гальваническая изоляция нужна для защиты ядра вычислительной системы от помех, от разности напряжений при коммутации (установке оборудования). Реализуется с помощью трансформаторной изоляции или с помощью оптоэлектронной схемы. Недостаток трансформаторов состоит в том, что они работают только на переменном токе. Оптоэлектронные схемы (оптопары) состоят из светоизлучающих приборов (диоды) и фотоприѐмников (фоторезисторы, фототранзисторы). Оптопары работают хорошо только на
105
полярном подключении, что неудобно при передаче аналоговых сигналов. Гальваническая изоляция позволяет защитить SDK-1.1 от высоких напряжений, различных наводок и подключать его к ПК во время работы.
Рис. 53. Гальванически изолированный последовательный интерфейс SDK-1.1.
Реализована гальваническая изоляция на базе двух оптронов U8 и U9 (KPC357). Оптрон KPC357 состоит из светодиода (выводы 1,3) и фототранзистора (выводы 6,4). Если через светодиод пустить ток, то он начинает излучать свет. Свет падает на PN-переход фототранзистора и открывает его. Когда свет гаснет, фототранзистор закрывается. Гальваническая изоляция достигается как раз за счет того, что между двумя элементами оптрона нет никакой связи, кроме оптической.
VA-0505S1 (U18) – DC/DC преобразователь из 5 вольт в 5. Напряжение гальванической изоляции – 1000В (кратковременно до 3000В). На входы +Vin и
–Vin поступает напряжение с внутренней шины питания SDK-1.1. С выходов
+Vout и –Vout снимается напряжение для питания внешних цепей, находящихся за пределами барьера гальванической изоляции. Сигнальные линии Tx и Rx
проходят через оптроны KPC357 (U8, U9).
Необходимо заметить, что оптроны срабатывают не мгновенно. В данном типе оптронов длительность фронта (tr) и спада (tf) выходного импульса может быть от единиц до десятков мкс.
106
Рис. 54. Зависимость времени реакции оптрона от сопротивления нагрузки
Именно поэтому в учебных стендах SDK-1.1 скорость передачи данных по RS-232C ограничена скоростью 19200 бит/с. Длительность одного бита при такой скорости Tбит = 1/19200 = 52 мкс. Так как суммарная длительность фронта и спада (время реакции) у данного типа оптронов может достигать 40 мкс, на больших скоростях оптроны просто не будут успевать срабатывать.
ST202CD (U17) – приѐмопередатчик, преобразующий уровень TTL (0..+5В)
в уровни стандарта RS-232C.
107
Рис. 55. Структурная схема приемопередатчика ST202