工业PLC的数字I/O设计

搭载了TLP2363（15Mbps高速通信光电耦合器）的数字I/O解决方案
工业PLC的数字I/O设计

工厂自动化（FA）成为当今先进制造的重要组成部分。PLC（可编程逻辑控制器）是实现FA的核心要素，目前，IEC 61131-2[注1]已被应用在支持PLC全输入／输出功能的数字输入模块中。由于品类繁多的设备间已相互连接，已对工业控制设备进行了标准化。在日本，JIS B 3502标准专门应用在工业环境中的PLC元件中。这次我们推出了用于高速通讯的光耦TLP2363，它适用于需要满足IEC 61131-2标准的PLC数字输入模块的方案设计。

[注1] IEC 61131-2：可编程控制器设备的相关要求和检测内容

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TLP2363的特性

  1. 保证最大和最小阈值输入电流
  2. 对输入和电源的缓慢上升和下降具有很高的抗扰度

保证最大和最小输入电流阈值

IEC 61131-2为PLC使用的数字输入模块指定了三个电压／电流工作范围（1型、2型和3型）。针对TLP2363，可以按照下面描述的电路常数来应用1型电压／电流工作范围。如图1所示，数字输入要求的特点为：定义了模块应关闭的区域。

图1：IEC 61131-2 1型电压／电流工作范围
图1：IEC 61131-2 1型电压／电流工作范围

数字输入模块的配置如图2所示。R1和R2必须按照图1中所示的工作范围进行配置。在传统高速通信光耦中，由于只能保证控制高／低输出的输入电流阈值的最大值，因此很难设计出符合图1中工作范围的模块

图2：数字输入模块的配置
图2：数字输入模块的配置

TLP2363不仅保证了阈值输入电流的最大值，也保证了最小值，因而有助于简化图1所示的工作范围输入模块的设计。

在图2中，在工作环境温度为-40℃~ 105℃，TLP2363正常运行时，使用具有以下常数的外围器件，可以覆盖图1所示的工作范围。【注2】

  • R1＝2200Ω
  • R2＝750Ω
  • RL＝1000Ω
  • VCC＝3.3V

[注2] 不能保证符合要求。可将此作为设计策略的参考方案

对电源电压慢升慢降具备高抗扰度

除上述对输入电路工作范围的要求外，IEC 61131-2还规定了与外部电源变化有关的PLC系统行为的研究。需进行外部电源的慢关慢开试验，以确认在开启或关闭电源60秒时预先显示指定的表现。

由于输出是稳定的，即使当电源打开或关闭60秒时也不会产生波动（图3），因此TLP2363不需要搭配图2（图4）中所示的Schmitt触发器。这将有助于减少元件的数量。

图3　左侧：启动VCC，电压从0V升至3.3V，60秒时VO的表现 右侧：当VCC从3.3V降至0V，60秒时VO的表现 IF：电流在光耦的一次侧（LED）流过 VO：输出电压

图3　左侧：启动VCC，电压从0V升至3.3V，60秒时VO的表现
右侧：当VCC从3.3V降至0V，60秒时VO的表现
IF：电流在光耦的原边（LED）流过
VO：输出电压

图4：使用TLP2363设置数字输入模块
图4：使用TLP2363设置数字输入模块

此外，TLP2363对输入信号的逐渐升降有较高的耐受度，即便外部输入不稳定，也能保持稳定的输出。（图5）

图5　左侧：启动IF，电流从0mA升至2.4mA，60秒时VO的表现 右侧：IF从2.4mA降至0mA，60秒时VO的表现 IF：电流在光耦的一次侧（LED）流过 VO：输出电压

图5　左侧：启动IF，电流从0mA升至2.4mA，60秒时VO的表现
右侧：IF从2.4mA降至0mA，60秒时VO的表现
IF：电流在光耦的原边（LED）流过
VO：输出电压

由于TLP2363是集电极开路输出型，当VCC外加高于最小工作电压的电压时，其输出逻辑。

输出逻辑

LED

VO

开

低

关

高

综上所述，TLP2363具有15Mbps（典型值）的数据传输速率，适合于需要高速I/O的PLC数字输入模块设计。

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器件型号

 TLP2363
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数据表

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封装
（宽×长×高mm）

5pin SO6
（3.7×7.0×2.1）

5pin SO6

绝对最大额定值


工作温度Topr（℃）

-40至105

输出电流
IO（mA）

25

电气特性

供电电流
ICCH，ICCL最大值（mA）

4

阈值输入电流（高／低）
IFHL（mA）

@VCC＝3.3V，RL＝1kΩ

0.3至2.4
开关特性

传输延迟时间
tpHL，tpLH最大值（ns）

80
共模瞬态抑制
CMH, CML 最小值（kV/μs）		 @Ta＝25℃

±20
隔离特性


隔离电压BVS最小值（Vrms）

 @Ta＝25℃

3750

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