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1前言
單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)械式繼電器依然是最常用的開(kāi)關(guān)量執(zhí)行控制手段。隨著控制系統(tǒng)對(duì)控制質(zhì)量提出了更高的要求，機(jī)械繼電器在控制速度、電磁兼容性、隔離 性能、壽命等方面往往不能滿(mǎn)足要求。另一方面，隨著集成電路集成度的提高，電源電壓小 于3 V的器件已很常見(jiàn)，尤其采用電池供電的很多便攜式設(shè)備，要求低電壓、低功耗的器件。此時(shí)，機(jī)械繼電器已經(jīng)很難滿(mǎn)足要求�！ 鹘y(tǒng)的集成模擬開(kāi)關(guān)電路如ADG211系列等由于其接觸電阻在幾十Ω至數(shù)百Ω范圍，不能滿(mǎn)足功率器件的開(kāi)關(guān)控制要求。由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)有諸多無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可供設(shè)計(jì)者選用。無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)在電磁兼容性、可靠性、安全性等方面的優(yōu)越性是機(jī)械式繼電器無(wú)法比擬的。本文介紹幾種新型的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。由于應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性，對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)有不同的要求。如控制對(duì)象有直流交流之分；控制對(duì)象的負(fù)載電流、接觸電阻的要求可能有若干數(shù)量級(jí)的差別；對(duì)象的工作電壓可能從幾V到380 V甚至更高。新型器件提供了滿(mǎn)足各種性能要求的應(yīng)用，讀者可以直接選用適當(dāng)?shù)钠骷部梢杂煤?jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)控制。
2常用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)
2.1三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) 三端穩(wěn)壓器是設(shè)計(jì)者十分熟悉的常用廉價(jià)器件。圖1是利用三端穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電路。從控制端加入的信號(hào)決定是否將三端穩(wěn)壓器與地導(dǎo)通。若導(dǎo)通則輸出端上電，否則輸出端相當(dāng)于斷開(kāi)。此電路十分簡(jiǎn)單，也容易調(diào)試，且有多種電壓的穩(wěn)壓器供選用，適用于直流負(fù)載的控制。缺點(diǎn)是穩(wěn)壓器的管壓降使輸出電壓有所降低，不適合電池供電的設(shè)備。選用低壓差三端穩(wěn)壓器會(huì)有所改善。
2.2 基于可控硅器件的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)
目前有很多這類(lèi)的器件供選擇，如意法半導(dǎo)體公司（ST）的ACS系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以直接用來(lái)控制風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電機(jī)泵等設(shè)備，隔離電壓可達(dá)到500 V~千V以上。圖2是其典型應(yīng)用電路。此類(lèi)器件價(jià)格低廉，但是只能用于交流負(fù)載的開(kāi)關(guān)控制。
2.3基于光耦三極管和達(dá)林頓管用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)
基于光電三極管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)被稱(chēng)為光電耦合器（photocoupler）［1］。如Sharp PC817系列、NEC PS2500系列、安捷倫的HCPL260L/060L等。其工作原理如圖3所示。當(dāng)輸入端加正向電壓時(shí)發(fā)光二極管（LED）點(diǎn)亮，光敏三極管會(huì)產(chǎn)生光電流從集電極供給負(fù)載；當(dāng)輸入端加反向電壓時(shí)，LED不發(fā)光，使光敏三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于負(fù)載開(kāi)路。從工作原理看，這類(lèi)器件主要應(yīng)用于直流負(fù)載，也可用來(lái)傳輸電流方向不變的脈動(dòng)信號(hào)。該器件的工作速度比較高，一般在微秒級(jí)或者更快。
達(dá)林頓管是兩個(gè)雙極性晶體管的復(fù)合。達(dá)林頓管的最大優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)電流的多級(jí)放大，如圖4所示。缺點(diǎn)就是飽和管壓降較大。由于兩個(gè)晶體管共集電極，整個(gè)達(dá)林頓管的飽和電壓等于晶體管Q2的正向偏置電壓與晶體管Q1的飽和電壓之和，而正向偏置電壓比飽和電壓高得多，這樣整個(gè)達(dá)林頓管的飽和電壓就特別的高，因此達(dá)林頓管導(dǎo)通時(shí)的功耗較高�！ ∠赏雽�(dǎo)體（fairchild）的達(dá)林頓光耦合器采用隔離達(dá)林頓輸出配置，將輸入光電二極管和初級(jí)增益與輸出晶體管分隔開(kāi)來(lái)，以實(shí)現(xiàn)較傳統(tǒng)達(dá)林頓光電晶體管光耦合器更低的輸出飽 和電壓 (0.1 V) 和更高的運(yùn)作速度。該公司推出5種最新產(chǎn)品，采用單及雙溝道配置，提供3.3 V或5 V工作電壓的低功耗特性。雙溝道HCPL0730和 HCPL0731光耦合器提供5 V電壓操作和SOIC8封裝，能實(shí)現(xiàn)最佳的安裝密度。單溝道FOD070L、FOD270L及雙溝道FOD 073L器件的工作電壓為3.3 V，比較傳統(tǒng)的5 V部件，其功耗進(jìn)一步減少33%。NEC公司的芯片PS2802.1/4，PS27021，PS25021/2/4，PS25621/2等也屬于達(dá)林頓光耦合器。
2.4基于MOS或IGBT的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)
基于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)由于耦合方式不同有很多類(lèi)，例如采用光電耦合方式的稱(chēng)為光耦合MOS場(chǎng)效應(yīng)管（OCMOS FET），原理如圖5所示，虛線(xiàn)框內(nèi)為OCMOS FET的內(nèi)部原理圖。
電路內(nèi)部包括光生電壓?jiǎn)卧?dāng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，該單元給場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電容充電，這樣就增大柵極與源極間的電壓，使MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合。當(dāng)發(fā)光二極管熄滅時(shí)，光 生電壓?jiǎn)卧辉俳o柵極電容充電，而且內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，強(qiáng)制柵極放電，因此柵源電壓迅速下降，場(chǎng)效應(yīng)管截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。OCMOS FET有兩種類(lèi)型：一種是導(dǎo)通型（maketype），常態(tài)下為斷開(kāi)；另一種是斷開(kāi)型（breaktype）；常態(tài)下為導(dǎo)通。本文所指的是
