專利名稱：多路高速脈沖輸出電路的過(guò)載保護(hù)及掉電檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)控制系統(tǒng)中的單路及多通道數(shù)字量脈沖輸出裝 置，具體指的是能對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的單路及多通道數(shù)字量脈沖輸出電路的負(fù)載電流及輸出側(cè)24V供電電源狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并能在過(guò)載及掉電時(shí)停止 輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電路的保護(hù)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制系統(tǒng)晶體管脈沖輸出模塊中，晶體管常被用于接口電路驅(qū)動(dòng) 負(fù)載，但當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)晶體管的額定參數(shù)時(shí)或者負(fù)載對(duì)電源短路時(shí)，輸出 晶體管會(huì)因電流過(guò)大而損壞從而引起產(chǎn)品故障，為了避免此類故障的發(fā)生， 用戶不得不在負(fù)載回路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)電流的保險(xiǎn)絲保護(hù)輸出電路。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的多通道數(shù)字量脈沖輸出的典型電路結(jié)構(gòu)。在圖l中，脈沖的輸出接到一負(fù)載上，通過(guò)保險(xiǎn)接至24V電源，當(dāng)輸出 端負(fù)載過(guò)流或發(fā)生短路故障時(shí)，流過(guò)輸出晶體管的電流會(huì)迅速增大，當(dāng)超過(guò) 外部保險(xiǎn)絲的額定值時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，從而保護(hù)晶體管不被損壞。根據(jù)上述圖1可知，現(xiàn)有技術(shù)的電路存在如下缺點(diǎn)每路輸出都得增加 一個(gè)保險(xiǎn)絲，應(yīng)用成本高，若保險(xiǎn)被焊接到印制板上，維修成本更高。負(fù)載 過(guò)流或短路無(wú)反饋，CPU不能探測(cè)到此故障。圖2示出了圖1中的負(fù)載電路圖。如圖2所示，負(fù)載1至負(fù)載N的電路 結(jié)構(gòu)相同。圖2的整個(gè)電路結(jié)構(gòu)就是代表負(fù)載的內(nèi)部電路。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的另外方面和優(yōu)點(diǎn)部分將在后面的描述中闡述，還有部分可 從描述中明顯地看出，或者可以在本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)電路中的上述問(wèn)題，提出本實(shí)用新型。本實(shí)用新型能在2004KHz頻率輸出的情況下實(shí)現(xiàn)過(guò)載和短路保護(hù)及輸出側(cè)電源掉電檢測(cè)的功能。它是由脈沖驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)控制兩部分電路組成，過(guò)載、短路及電源掉電時(shí) 該電路能及時(shí)切斷與外部負(fù)載的物理連接而不必外加保險(xiǎn)絲。本發(fā)明提供一種高速脈沖輸出電路的保護(hù)電路，包括脈沖輸出電路， 在控制器的控制下生成脈沖信號(hào)并將脈沖信號(hào)輸出到負(fù)載的第 一端；檢測(cè)電 路，連接于負(fù)載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測(cè)負(fù)載和第一電源的狀 態(tài)并輸出4企測(cè)信號(hào)到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測(cè)電路， 用于響應(yīng)于來(lái)自檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號(hào) 的輸出。根據(jù)本實(shí)用新型，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，僅需幾個(gè)電阻器和小信號(hào)晶體管即 可實(shí)現(xiàn)電源掉電檢測(cè)和多路信號(hào)過(guò)載及短路的保護(hù)，造價(jià)低廉，同時(shí)也便于 用戶使用。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的 上述和其他目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中相同的標(biāo)號(hào)指定相同 結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的多通道數(shù)字量脈沖輸出的典型電路結(jié)構(gòu)；圖2示出了圖1中的負(fù)載電路圖；圖3示出了本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的多通道數(shù)字量脈沖輸出的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照示出本實(shí)用新型實(shí)施例的附圖充分描述本實(shí)用新型。然而， 本實(shí)用新型可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實(shí)施 例。相反，提供這些實(shí)施例以便使本公開(kāi)透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù) 人員充分表達(dá)本實(shí)用新型的范圍。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)放大了組件。圖3示出了本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的多通道數(shù)字量脈沖輸出的電路圖。如圖3所示，本發(fā)明的多通道數(shù)字量脈沖輸出電路包括脈沖輸出電路110,在控制器的控制下生成脈沖信號(hào)并將脈沖信號(hào)輸出到負(fù)載的第一端；檢 測(cè)電路130,連接于負(fù)載的第二端和第一電源的兩端，用于^r測(cè)負(fù)載和第一 電源的狀態(tài)并輸出檢測(cè)信號(hào)到控制器；和控制器120，連接于脈沖輸出電路 和檢測(cè)電路，用于響應(yīng)于來(lái)自檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)而使能或禁止脈沖輸出電 路的脈沖信號(hào)的輸出。如圖3所示，檢測(cè)電路130進(jìn)一步包括電源檢測(cè)電路131，用于檢測(cè)電 源的掉電。下面將結(jié)合具體電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
脈沖輸出的實(shí)現(xiàn)脈沖輸出電路110包括頻率發(fā)生器、光耦1和M0SFETT1。頻率發(fā)生 器經(jīng)光耦1通過(guò)MOSFET將脈沖信號(hào)輸出到負(fù)載1。頻率發(fā)生器由一片CPLD組成，它首先接收由控制器120輸出的脈沖， 將其進(jìn)行內(nèi)部處理以轉(zhuǎn)換為1-200 KHZ的頻率脈沖，通過(guò)控制器120決定是 否將此脈沖輸出至光耦。以通道1為例說(shuō)明，正常情況下，通道1的輸出MOSFETT1未導(dǎo)通， 檢測(cè)信號(hào)即光耦2的輸出為1電平，當(dāng)使能信號(hào)為1即有效時(shí)，光耦1的驅(qū) 動(dòng)電源內(nèi)部3.3V被打開(kāi)，此時(shí)只要頻率發(fā)生器有脈沖輸出，高速光耦l即通 過(guò)MOSFET輸出脈沖至負(fù)載1。
過(guò)載及短路檢測(cè)和保護(hù)的實(shí)現(xiàn)輸出電路的最大電流值被限制到lA左右((5V-Vgs)/20hm， Vgs=2.5 ~3V}。檢測(cè)電路130包括電源檢測(cè)電路131、電阻器Rl、晶體管T2和光耦2。 電阻器Rl連接于Tl的漏極和地之間。T2的基極和發(fā)射極連接于Rl兩端， 其集電極與電源檢測(cè)電路131相連。電源檢測(cè)電路131的另一端接電源正極。 光耦2的發(fā)光二極管兩端與T2的發(fā)射極和集電極相連，光耦2的輸出端連接 于控制器120。控制器120包括處理器和與電路，該處理器例如可以XCEL或?qū)Ｓ玫?ASIC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，頻率發(fā)生器通過(guò)檢測(cè)XCEL 10管腳的命令XCEL決定 是否將此脈沖輸出至頻率發(fā)生器。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的控制 器并不限于此處公開(kāi)的處理器和與電路，也可以采用其他具有同樣功能單片 機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)通道l的輸出晶體管Tl導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)T1及電阻器R1至地,當(dāng)負(fù)載1的阻抗變小或負(fù)載短路時(shí)，流過(guò)Rl的電流II迅速增加，當(dāng)此電流達(dá)到或超過(guò)0.35A時(shí)，電阻器R1上的電壓達(dá)到或超過(guò)0.7V,晶體管T2導(dǎo)通 變?yōu)镺電平，將流過(guò)光耦2的電流旁路到地，光耦2的輸出變?yōu)?電平，由 此0電平檢測(cè)信號(hào)被XCEL檢測(cè)到一次，同時(shí)此0電平檢測(cè)信號(hào)又通過(guò)與電 路切斷光耦l的供電，使輸出關(guān)斷。此舉又使檢測(cè)信號(hào)返回到1狀態(tài)，直至 XCEL再次使能輸出脈沖，等待下次過(guò)載或短路檢測(cè)。XCEL檢測(cè)到四個(gè)連續(xù)0電平檢測(cè)信號(hào)后，關(guān)斷所有輸出。在XCEL檢 測(cè)到四個(gè)連續(xù)0電平檢測(cè)信號(hào)之后，XCEL生成O電平使能標(biāo)志信號(hào)，并通過(guò)輸 出端①輸出該0電平使能標(biāo)志信號(hào)，由此關(guān)斷所有輸出 24V電源掉電的檢測(cè)如圖所示，電阻器R2、 R3、 R4、 R5及晶體管T3組成對(duì)24V的電源枱r 測(cè)電路131,當(dāng)24V電源掉電時(shí)，流過(guò)光耦2的電流減小到0,光耦2的輸 出也變?yōu)?電平，XCEL 一僉測(cè)到此O電平的^f企測(cè)信號(hào)，重復(fù)如前所述過(guò)程，4 次之后，XCEL判斷IO側(cè)電源掉電(或負(fù)載有問(wèn)題)并以如上過(guò)載和短路4企 測(cè)相同的方式關(guān)斷輸出。 多路通道輸出的檢測(cè)及保護(hù)如圖3所示，所有通道的過(guò)載或短贈(zèng)"險(xiǎn)測(cè)都通過(guò)晶體管T2到Tn以集電 極開(kāi)路的方式連接在一起組成或非電路，任一通道過(guò)載或短路都會(huì)將光耦2 的IF電流旁路到地，使光耦2輸出0電平的檢測(cè)信號(hào)至XCEL,這樣所有通 道通過(guò)光耦2實(shí)現(xiàn)了過(guò)載檢測(cè)及保護(hù)。本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，僅需幾個(gè)電阻器和小信號(hào)晶體管即可實(shí)現(xiàn) 電源掉電檢測(cè)和多路信號(hào)過(guò)載及短路的保護(hù)，造價(jià)低廉，同時(shí)也便于用戶使 用。盡管本實(shí)用新型是參照其特定的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的精神和范圍的 情況下，可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種修改。
權(quán)利要求1.一種高速脈沖輸出電路的保護(hù)電路，包括脈沖輸出電路，在控制器的控制下生成脈沖信號(hào)并將脈沖信號(hào)輸出到負(fù)載的第一端；檢測(cè)電路，連接于負(fù)載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測(cè)負(fù)載和第一電源的狀態(tài)并輸出檢測(cè)信號(hào)到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測(cè)電路，用于響應(yīng)于來(lái)自檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號(hào)的輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電路，其中脈沖輸出電路包括 頻率發(fā)生器，連接于控制器，將控制器輸出的脈沖轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定頻率的脈沖信號(hào)；第一光耦，連接于頻率發(fā)生器和控制器，響應(yīng)于來(lái)自控制器的第二檢測(cè) 信號(hào)而通過(guò)第一晶體管輸出脈沖信號(hào)至負(fù)載；和第 一 晶體管，具有連接于第 一光耦的柵極和連接于負(fù)載第 一端的源極，用于將脈沖信號(hào)輸出至負(fù)載。
3. 如權(quán)利要求2所述的保護(hù)電路，其中檢測(cè)電路包括 第一電阻器，連接于第一晶體管的漏極和地；第二晶體管，具有連接于第一電阻器的基極，和連接于地的發(fā)射極； 第二光耦，該第二光耦的發(fā)光二極管的兩端分別連接于第二晶體管的集電極和地，并具有連接于控制器的輸出端。
4. 如權(quán)利要求3所述的保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載的阻抗變小或負(fù)載短路時(shí)， 第二晶體管導(dǎo)通以將流過(guò)第二光耦的電流旁路到地，第二光耦將第 一檢測(cè)信號(hào)輸出到控制器。
5. 如權(quán)利要求4所述的保護(hù)電路，其中所述檢測(cè)電路還包括電源檢測(cè) 電路，該電源檢測(cè)電路包括第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第五電 阻器和第三晶體管，第二電阻器的第一端連接于負(fù)載的第二端，第二電阻器 的第二端連接于第三電阻器的第一端，第三電阻器的第二端連接于第三晶體 管的集電極，第三晶體管的基極通過(guò)第五電阻器連接于第二電源，第三晶體 管的發(fā)射極通過(guò)第四電阻器連接于第二晶體管的集電極和第二光耦之間的節(jié) 點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的保護(hù)電路，當(dāng)?shù)谝浑娫吹綦姇r(shí)，第二光耦輸出 第一檢測(cè)信號(hào)至控制器。
7. 如權(quán)利要求6所述的保護(hù)電路，所述控制器響應(yīng)于來(lái)自第二光耦的 第一檢測(cè)信號(hào)禁止脈沖輸出電路的脈沖信號(hào)的輸出。
8. 如權(quán)利要求7所述的保護(hù)電路，所述控制器包括一處理器和一與電 路，所述與電路接收所述處理器輸出的使能標(biāo)志信號(hào)和第二光耦輸出的檢測(cè) 信號(hào)，該與電路的輸出端與第一光耦相連，以導(dǎo)通或截止第一光耦。
9. 如權(quán)利要求8所述的保護(hù)電路，所述第二光耦輸出的檢測(cè)信號(hào)也輸 出到所述處理器。
10. 如權(quán)利要求9所述的保護(hù)電路，當(dāng)?shù)诙怦钶敵龅牡谝粰z測(cè)信號(hào)截 止第一光耦之后，第一晶體管截止，第二光耦輸出的檢測(cè)信號(hào)返回有效狀態(tài)。
11. 如權(quán)利要求10所述的保護(hù)電路，當(dāng)所述處理器檢測(cè)到來(lái)自第二光 耦的四個(gè)連續(xù)的第一檢測(cè)信號(hào)時(shí)，處理器將使能標(biāo)志信號(hào)置0,從而切斷所 有脈沖信號(hào)的輸出。
12. 如權(quán)利要求11所述的保護(hù)電路，其中所述第一電源為24V,所述 第二電源為5V。
13. 如權(quán)利要求12所述的保護(hù)電路，其中所述第一^r測(cè)信號(hào)是具有電 平0的檢測(cè)信號(hào)，所述第二檢測(cè)信號(hào)是具有電平1的檢測(cè)信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求13所述的保護(hù)電路，其中所述第一電阻器為2歐姆。
15. 如權(quán)利要求14所述的保護(hù)電路，其中所述第一晶體管為金屬氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
16. 如權(quán)利要求15所述的保護(hù)電路，所述高速脈沖輸出電路可包括多 路輸出。
17. 如權(quán)利要求16所述的保護(hù)電路，所述多路高速脈沖輸出電路進(jìn)一 步包括多個(gè)第二晶體管、多個(gè)第一晶體管以及多個(gè)第一電阻器，多個(gè)第二晶 體管以集電極開(kāi)路的方式連接在一起組成或非電路，并且前一級(jí)的第一電阻 器與下一級(jí)的第一晶體管的源極相連。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高速脈沖輸出電路的保護(hù)電路，包括脈沖輸出電路，在控制器的控制下生成脈沖信號(hào)并將脈沖信號(hào)輸出到負(fù)載的第一端；檢測(cè)電路，連接于負(fù)載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測(cè)負(fù)載和第一電源的狀態(tài)并輸出檢測(cè)信號(hào)到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測(cè)電路，用于響應(yīng)于來(lái)自檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號(hào)的輸出。
文檔編號(hào)H02H3/08GK201167229SQ20082000779
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者杰勒德·戈梅茲, 理查德·托尼特, 陳振波 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司