开关量输入和输出「开关量输入输出回路的优点」

今天带来开关量输入和输出「开关量输入输出回路的优点」，关于开关量输入和输出「开关量输入输出回路的优点」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

一、光电耦合器

把发光器件和光敏器件按照适当的方式组合，就可以实现以光信号为媒介的电信号变换。采用这种组合方式制成的器件称为光电耦合器。光电耦合器件内部一般是由发光二极管和光敏晶体管组成的集成功能块，此类器件主要是将光隔离器与逻辑功能组合在一起。由于发光器件和光敏器件被相互绝缘地分别设置在输入和输出两侧回路，故可以实现两侧电路之间的电气隔离。光电耦合器既可以用来传递模拟信号，也可以作为开关器件使用。在弱电工作的电路中，具备了隔离变压器的信号传递和隔离功能，也具备继电器的控制功能。与隔离变压器相比，光电耦合器的工作频率范围宽、体积小、耦合电容小，输入输出之间的绝缘电阻高，并能实现信号的单方向传递。

光电耦合器的输入特性就是光器件（常用发光二极管）的特性，输出特性取决于输出侧的器件，隔离阻抗不小于1010Ω，输入输出间的耐压不小于1kV。当输出侧为光敏三极管时，由于它的结电容大，按负载电阻1kΩ考虑，工作频率应小于100kHz。当输出侧为达林顿型三极管时，工作频率应小于1kHz。

光电耦合器两侧的接地和电源可以自由选择，给设计和使用提供了方便，尤其是在设计有多种逻辑电平的复杂系统时，光电耦合器能较好地解决不同逻辑电平之间的信号传递和控制。

在微机继电保护中广泛使用光隔离器，主要利用了开关器件的功能，应用于逻辑电平和信号的控制，实现两侧信号的传递和电气的绝缘。

将光电耦合器应用于逻辑电平控制时，主要采用了以下两种工作方式∶

（1）当发光二极管侧通过的电流较小时，产生的光电流较小，光敏器件侧处于截止状态。

（2）当发光二极管侧通过的电流较大时，产生的光电流较大，光敏器件侧处于导通状态。这样，通过控制发光二极管侧的电流，就可以实现控制光敏器件侧的截止或导通。

二、开关量输入回路

开关量输入DI（Digital Input，简称开入）主要用于识别运行方式、运行条件等，以便控制程序的流程，如重合闸方式、同期方式、收讯状态和定值区号等。

这里开关量泛指那些反映"是"或"非"两种状态的逻辑变量，如断路器的"合闸"或"分闸"状态、开关或继电器触点的"通"或"断"状态、控制信号的"有"或"无"状态等。继电保护装置常常需要确知相关开关量的状态才能正确地动作，外部设备一般通过其辅助继电器触点的"闭合"与"断开"来提供开关量状态信号。由于开关量状态正好对应二进制数字的"1"或"0"，所以开关量可作为数字量读入（每一路开关量信号占用二进制数字的一位），DI接口作用是为开关量提供输入通道，并在数字保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全且减少外部干扰。

对微机继电保护装置的开关量输入，即触点状态（接通或断开）的输入可以分成以下两大类。

一类是装在保护装置面板上的触点。这类触点主要是指用于人机对话的键盘以及部分切换装置工作方式用的转换开关等。对于装在保护装置面板上的触点，可直接接至微机的并行接口，如图1-20（a）所示。只要在初始化时规定图中可编程并行口的PA0为输入方式，微机就可以通过软件查询读到外部触点S1的状态。当S1闭合时，PA0=0;S1断开时，PA0=1。其中，4.7kΩ电阻称为上拉电阻，保证S1断开时PA0被拉到"1"电平状态。

另一类是从装置外部经过端子排引入装置的触点。一种典型的外部DI 接口电路如图1-20（b）所示（仅绘出一路），它使用光电耦合器件实现电气隔离。当外部继电器触点闭合时，电流经限流电阻R。流过发光二极管使其发光，光敏晶体管受光照射而导通，其输出端呈现低电平"0";反之，当外部继电器触点断开时，无电流流过发光二极管，光敏晶体管无光照射而截止，其输出端呈现高电平"1"。该"0""1"状态可作为数字量由CPU直接读入，也可控制中断控制器向CPU发出中断请求。利用光电耦合器的性能与特点，既传递开关的状态信息，又实现了两侧电气的隔离，大大削弱了干扰的影响，保证微机电路的安全工作。

三、开关量输出回路

开关量输出DO（Digital Output，简称开出）主要包括保护的跳闸出口、本地和中央信号以及通信接口、打印机接口等。

对于通信接口、打印机接口等装置内部的数字信号，可以采取如图1-21（a）所示的接法。由于不是直接控制跳闸、合闸，实时性和重要性的要求并不是很高，所以可用一个输出逻辑信号控制输出数字信号。这里光电耦合器的作用是既实现两侧电气的隔离，提高抗干扰能力，又实现不同逻辑电平的转换。

对于保护的跳闸出口、本地和中央信号等，微机继电保护装置通过数字量输出的"0"或"1"状态来控制执行回路（如报警信号或跳闸回路继电器触点的"通"或"断"）。DO接口的作用是为正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在数字式保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全且减少外部干扰。一种典型的使用光电耦合器件的DO接口电路如图1-21（b）所示（仅绘出一路）。由软件使并行口输出"0"，发光二极管导通，光敏三极管导通，出口继电器KCO励磁，提供一副空触点输出。

继电器线圈两端并联的二极管称为续流二极管。它在CPU输出由"0"变为"1"，光敏晶体管突然由"导通"变为"截止"时，为继电器线圈释放储存的能量提供电流通路，这样一方面加快继电器的返回，另一方面避免电流突变产生较高的反向电压而引起相关元件的损坏和产生强烈的干扰信号。

为了防止因保护装置上电（合上电源）或工作电源不正常通断在输出回路出现不确定状态时，导致保护装置发生误动。对控制用的光隔导通回路采用异或逻辑控制，其电路如图1-22所示。只要由软件使并行口的PB0输出"0"、PB1输出"1"，便可使与非门输出低电平，光敏三极管导通，继电器K被吸合。在初始化和需要继电器K返回时，应使PB0输出"1"、PB1输出"0"。设置反相器B1及与非门H1，一方面可以提高带负载能力，另一方面采用与非门后，只有PB0为"0"、PB1为"1"时才能使K动作，以解决保护装置上电或工作电源不正常通断情况下可能的误动，也可防止拉合直流电源的过程中继电器K的短时误动。因为在拉合直流电源过程中，当5V电源处在中间某一临界电压值时，可能由于逻辑电路的工作紊乱而造成保护误动作，特别是保护装置的电源往往接有大容量的电容器，所以拉合直流电源时，无论是5V电源还是驱动继电器K用的电源，都可能缓慢地上升或下降，从而完全来得及使继电器 K的触点短时闭合。由于两个相反条件的互相制约，可以可靠地防止误动作。

在实际的微机继电保护装置输出跳闸回路中，需要对跳闸出口继电器的电源回路采取控制措施，同时对光隔导通回路采用异或逻辑控制。具有电源控制和异或逻辑的跳闸出口继电器输出回路如图1-23所示。这样做主要是为了防止因强烈干扰甚至元件损坏在输出回路出现不正常状态改变时，以及因保护装置上电或工作电源不正常通断在输出回路出现不确定状态时，导致保护装置发生误动。在图1-23中，必须保护的启动元件首先动作，使KCO1继电器触点闭合，保护跳闸继电器KCO2及KCO3才会接通控制电源。当保护选择元件动作后，对应的输出光耦导通，出口跳闸继电器才能动作。