输出通道电压状态检测电路.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210475967.6

申请日:

2012.11.21

公开号:

CN102998516A

公开日:

2013.03.27

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20121121|||公开

IPC分类号:

G01R19/00; G01R15/22

主分类号:

G01R19/00

申请人:

上海富欣智能交通控制有限公司

发明人:

宋宇; 俞泓; 谌锋; 杨朝霞

地址:

201203 上海市浦东新区张江高科技园区亮秀路112号2号楼4层

优先权:

专利代理机构:

上海浦一知识产权代理有限公司 31211

代理人:

孙大为

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内容摘要

本发明公开了一种输出通道电压状态检测电路,包括:固态继电器、敏感光耦、非线性控制晶体管、检测电路阈值调整限流电阻、检测电路阈值调整齐纳管、阈值调整电阻和上拉电阻;所述非线性控制晶体管的发射极通过阈值调整齐纳管及限流电阻后接输出端口,基极通过敏感光耦连接后到地,集电极通过阈值调整电阻后连接到地。本发明电路设计简单,参数调谐方便,只采用少数种类的元件,低成本。电路所占体积(面积)小,十分适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳管漏电流的衰减,可避免因其引起的光耦误导通。对检测电路非线性化,通过改善其开关特性增大了其电压可检测范围。

权利要求书

权利要求书一种输出通道电压状态检测电路,其特征在于,包括:
固态继电器(1)、敏感光耦(2)、非线性控制晶体管(3)、检测电路阈值调整限流电阻(4)、检测电路阈值调整齐纳管(5)、阈值调整电阻(6)和上拉电阻(7);
所述非线性控制晶体管(3)的发射极通过阈值调整齐纳管(5)及限流电阻(4)后接输出端口,基极通过敏感光耦(2)连接后到地,集电极通过阈值调整电阻(6)后连接到地。
根据权利要求1所述的输出通道电压状态检测电路,其特征在于:所述敏感光耦(2),非线性控制晶体管(3),检测电路阈值调整限流电阻(4)、检测电路阈值调整齐纳管(5)、阈值调整电阻(6)可以采用不同阈值的齐纳管、或者采用不同阻值的检测电路阈值调整限流电阻(4)、阈值调整电阻(6)的组合。
根据权利要求1所述的输出通道电压状态检测电路,其特征在于:采用较低导通电流阈值的敏感光耦(2)作为隔离器件;低压齐纳管(5)串在线路中;齐纳管(5)接N型晶体管集电极或P型晶体管发射极。

说明书

说明书输出通道电压状态检测电路
技术领域
本发明属于电子电路设计技术领域,具体是指一种应用于工业控制系统和安全信号系统中的通道输出状态检测电路,尤其是较低电压信号的检测。
背景技术
工业控制系统和安全信号系统(应用于航空电子、铁路信号、核电等行业)中,控制器通过开关输出通道来实现对外部受控信号的开启和关闭。为确保通道输出的正确性,一般在输出端口并联电压检测电路,采集输出状态。
如图1所示,是常见的一种输出通道电路设计,该电路由控制器1、固态继电器2、光耦3、齐纳管4及电阻5,电阻6等组成。当通道输出电平高于齐纳管4嵌位电压、且可以产生大于光耦3的LED导通阈值电流时,光耦3的输出端导通,否则关断。图1中,1控制器,2固态继电器,3光耦,4齐纳管,5限流电阻,6上拉电阻。
常规检测电路中,假设光耦在驱动电流小于Isd时关断,大于Iop后导通。在齐纳管击穿后,光耦驱动电流随通道电压线性变化,光耦从确定关断到确定导通的经历的电压范围较大,减小了端口电压可检测范围。此外,在低输出电压的场合,需选取低钳位电压的齐纳管,但其漏电流在uA~mA级,随温度显著增加,可能在通道未达检测阈值时误驱动光耦导通。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通道输出电压状态检测电路,它可以适合应用于多输出通道的系统中,实现对齐纳管漏电流的衰减,可避免因其引起的光耦误导通。
为了解决以上技术问题,本发明提供了一种通道输出电压状态检测电路,包括:固态继电器、敏感光耦、非线性控制晶体管、检测电路阈值调整限流电阻、检测电路阈值调整齐纳管、阈值调整电阻和上拉电阻;所述非线性控制晶体管的发射极通过阈值调整齐纳管及限流电阻后接输出端口,基极通过敏感光耦连接后到地,集电极通过阈值调整电阻后连接到地。
本发明的有益效果在于:电路设计简单,参数调谐方便,只采用少数种类的元件,低成本。电路所占体积(面积)小,十分适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳管漏电流的衰减,可避免因其引起的光耦误导通。对检测电路非线性化,通过改善其开关特性增大了其电压可检测范围。
所述敏感光耦,非线性控制晶体管,检测电路阈值调整限流电阻、检测电路阈值调整齐纳管、阈值调整电阻可以采用不同阈值的齐纳管、或者采用不同阻值的检测电路阈值调整限流电阻、阈值调整电阻的组合。
采用较低导通电流阈值的敏感光耦作为隔离器件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是一种常见的控制系统输出通道电路设计结构示意图;
图2是本发明的输出通道电压状态检测电路的原理图。
图3是本发明的一个实施例电路的原理图。
具体实施方式
为实现检测电路非线性化,改善了其电压可检测范围,同时衰减齐纳管漏电流对检测的影响,需要设计一种由分离元器件组成的输出电压状态检测电路。
本发明提供一种输出通道电压状态检测电路,该电路能够应用于包括但并不局限于安全信号系统、工业控制系统等领域。本发明输出通道状态检测电路的技术方案是:如图2所示,由光耦2、齐纳管5、P沟道晶体管3、电阻4、电阻6和电阻7组成。其中,1固态继电器,2光耦,3P型晶体管,4电阻,5齐纳管,6电阻,7电阻。
根据设计参数的需要,可选取不同嵌位电压的齐纳管5、不同阻值的电阻4和电阻6,不同增益的P沟道晶体管3,采用一个或多个稳压管串联等。
如图2所示的输出通道电压检测电路,所需检测的电压阈值为U0;光耦2的导通电压阈值为U2,导通电流为I2;P沟道晶体管3在放大区的电流放大倍数为h3,基极电流为Ib,集电极电流为Ic,发射极电流为Ie,;电阻4的阻值为R4;齐纳管5的嵌位电压为U5;电阻6的阻值为R6;各模块之间的参数满足以下关系:
当通道电压远低于检测阈值U0时,齐纳管5未击穿,漏电流极小,无法驱动光耦2输出;对于更大的通道电压,齐纳管漏电流增大,P沟道晶体管3的发射结逐渐正偏,通过选择集电级电阻6可使集电结暂趋向反偏,P沟道晶体管3工作于放大区,Ib=Ie/(h3+1),即齐纳管5的漏电流主要从集电极流出,只有极少部分从基极流过光耦,不足以驱动光耦2导通;对更大的通道电压,致使齐纳管5击穿后,Ie线性增大,光耦2的LED两端电压增速放缓,直至嵌位到一个二极管压降,即P沟道晶体管3的基极基本嵌位在某电压值,因而Ib及Ic增大,电阻6两端电压不断增大,使P沟道晶体管3集电极正偏,趋向饱和区。由于P沟道晶体管3基极电压基本保持在一个LED压降,基极与集电极电压相差一个二极管压降,因此Ic基本不再增加,电流迅速转为从P管基极流出,光耦2的驱动电流呈指数函数状迅速增加,驱动光耦迅速导通。
设计中通过器件选型来调整各模块的参数,就能够调整电路的电压检测阈值U0。对于检测电压阈值低于1.8V的应用,由于没有更低嵌位电压的齐纳管,可以去掉齐纳管5,相应调整电阻4和电阻6的阻值,一样可以达到目的。
本设计的技术效果在于:电路设计简单,参数调谐方便,只采用少数种类的元件,低成本。电路所占体积(面积)小,十分适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳管漏电流的衰减,可避免因其引起的光耦误导通。对检测电路非线性化,通过改善其开关特性增大了其电压可检测范围。
下面结合图3本发明一个实施例电路的原理图,对本发明做进一步说明。该实施采用PVG612AS作为输出固态继电器;采用10k电阻作为限流电阻;采用60k电阻作为阈值控制电阻;采用1.8V齐纳管作为开关;采用PXTA92作为P型晶体管;采用导通阈值为40uA的HCPL‑4701#300作为光耦;采用4.75k电阻作为光耦上拉电阻。当输出通道电压较低时,齐纳管5关断,P沟道晶体管3工作于截止或放大区,齐纳管的漏电流大部分从集电极流出;在通道电压低于4.4V时,光耦保持关断;当通道电压高于4.7V时,光耦导通(输出低电平)。采用较低导通电流阈值的敏感光耦2作为隔离器件,使回检电路不对输出造成影响;利用低压齐纳管串在线路中,便于精确控制通道输出的回检阈值电压;齐纳管接N型晶体管集电极或P型晶体管发射极使用,利用晶体管放大区饱和区的不同特性和转换过程,降低齐纳管漏电流的影响。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法,以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

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1、(10)申请公布号 CN 102998516 A (43)申请公布日 2013.03.27 CN 102998516 A *CN102998516A* (21)申请号 201210475967.6 (22)申请日 2012.11.21 G01R 19/00(2006.01) G01R 15/22(2006.01) (71)申请人 上海富欣智能交通控制有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区亮秀路 112 号 2 号楼 4 层 (72)发明人 宋宇 俞泓 谌锋 杨朝霞 (74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理人 孙大为 (54) 发明名称 输出通。

2、道电压状态检测电路 (57) 摘要 本发明公开了一种输出通道电压状态检测电 路, 包括 : 固态继电器、 敏感光耦、 非线性控制晶 体管、 检测电路阈值调整限流电阻、 检测电路阈值 调整齐纳管、 阈值调整电阻和上拉电阻 ; 所述非 线性控制晶体管的发射极通过阈值调整齐纳管及 限流电阻后接输出端口, 基极通过敏感光耦连接 后到地, 集电极通过阈值调整电阻后连接到地。 本 发明电路设计简单, 参数调谐方便, 只采用少数种 类的元件, 低成本。电路所占体积 (面积) 小, 十分 适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳 管漏电流的衰减, 可避免因其引起的光耦误导通。 对检测电路非线性化, 通过改善。

3、其开关特性增大 了其电压可检测范围。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种输出通道电压状态检测电路, 其特征在于, 包括 : 固态继电器 (1) 、 敏感光耦 (2) 、 非线性控制晶体管 (3) 、 检测电路阈值调整限流电阻 (4) 、 检测电路阈值调整齐纳管 (5) 、 阈值调整电阻 (6) 和上拉电阻 (7) ; 所述非线性控制晶体管 (3) 的发射极通过阈值调整齐纳管 (5) 及限流电阻 (4) 后接输 出端口, 。

4、基极通过敏感光耦 (2) 连接后到地, 集电极通过阈值调整电阻 (6) 后连接到地。 2. 根据权利要求 1 所述的输出通道电压状态检测电路, 其特征在于 : 所述敏感光耦 (2) , 非线性控制晶体管 (3) , 检测电路阈值调整限流电阻 (4) 、 检测电路阈值调整齐纳管 (5) 、 阈值调整电阻 (6) 可以采用不同阈值的齐纳管、 或者采用不同阻值的检测电路阈值调 整限流电阻 (4) 、 阈值调整电阻 (6) 的组合。 3. 根据权利要求 1 所述的输出通道电压状态检测电路, 其特征在于 : 采用较低导通电 流阈值的敏感光耦 (2) 作为隔离器件 ; 低压齐纳管 (5) 串在线路中 ; 。

5、齐纳管 (5) 接 N 型晶体 管集电极或 P 型晶体管发射极。 权 利 要 求 书 CN 102998516 A 2 1/3 页 3 输出通道电压状态检测电路 技术领域 0001 本发明属于电子电路设计技术领域, 具体是指一种应用于工业控制系统和安全信 号系统中的通道输出状态检测电路, 尤其是较低电压信号的检测。 背景技术 0002 工业控制系统和安全信号系统 (应用于航空电子、 铁路信号、 核电等行业) 中, 控制 器通过开关输出通道来实现对外部受控信号的开启和关闭。为确保通道输出的正确性, 一 般在输出端口并联电压检测电路, 采集输出状态。 0003 如图 1 所示, 是常见的一种输出通。

6、道电路设计, 该电路由控制器 1、 固态继电器 2、 光耦 3、 齐纳管 4 及电阻 5, 电阻 6 等组成。当通道输出电平高于齐纳管 4 嵌位电压、 且可以 产生大于光耦 3 的 LED 导通阈值电流时, 光耦 3 的输出端导通, 否则关断。图 1 中, 1 控制 器, 2 固态继电器, 3 光耦, 4 齐纳管, 5 限流电阻, 6 上拉电阻。 0004 常规检测电路中, 假设光耦在驱动电流小于 Isd 时关断, 大于 Iop 后导通。在齐纳 管击穿后, 光耦驱动电流随通道电压线性变化, 光耦从确定关断到确定导通的经历的电压 范围较大, 减小了端口电压可检测范围。此外, 在低输出电压的场合,。

7、 需选取低钳位电压的 齐纳管, 但其漏电流在 uAmA 级, 随温度显著增加, 可能在通道未达检测阈值时误驱动光耦 导通。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是提供一种通道输出电压状态检测电路, 它可以适合 应用于多输出通道的系统中, 实现对齐纳管漏电流的衰减, 可避免因其引起的光耦误导通。 0006 为了解决以上技术问题, 本发明提供了一种通道输出电压状态检测电路, 包括 : 固 态继电器、 敏感光耦、 非线性控制晶体管、 检测电路阈值调整限流电阻、 检测电路阈值调整 齐纳管、 阈值调整电阻和上拉电阻 ; 所述非线性控制晶体管的发射极通过阈值调整齐纳管 及限流电阻后接输出端口, 基。

8、极通过敏感光耦连接后到地, 集电极通过阈值调整电阻后连 接到地。 0007 本发明的有益效果在于 : 电路设计简单, 参数调谐方便, 只采用少数种类的元件, 低成本。电路所占体积 (面积) 小, 十分适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳管 漏电流的衰减, 可避免因其引起的光耦误导通。 对检测电路非线性化, 通过改善其开关特性 增大了其电压可检测范围。 0008 所述敏感光耦, 非线性控制晶体管, 检测电路阈值调整限流电阻、 检测电路阈值调 整齐纳管、 阈值调整电阻可以采用不同阈值的齐纳管、 或者采用不同阻值的检测电路阈值 调整限流电阻、 阈值调整电阻的组合。 0009 采用较低导通电流阈。

9、值的敏感光耦作为隔离器件。 附图说明 说 明 书 CN 102998516 A 3 2/3 页 4 0010 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0011 图 1 是一种常见的控制系统输出通道电路设计结构示意图 ; 0012 图 2 是本发明的输出通道电压状态检测电路的原理图。 0013 图 3 是本发明的一个实施例电路的原理图。 具体实施方式 0014 为实现检测电路非线性化, 改善了其电压可检测范围, 同时衰减齐纳管漏电流对 检测的影响, 需要设计一种由分离元器件组成的输出电压状态检测电路。 0015 本发明提供一种输出通道电压状态检测电路, 该电路能够应用于包括但并不局。

10、限 于安全信号系统、 工业控制系统等领域。 本发明输出通道状态检测电路的技术方案是 : 如图 2 所示, 由光耦 2、 齐纳管 5、 P 沟道晶体管 3、 电阻 4、 电阻 6 和电阻 7 组成。其中, 1 固态继 电器, 2 光耦, 3P 型晶体管, 4 电阻, 5 齐纳管, 6 电阻, 7 电阻。 0016 根据设计参数的需要, 可选取不同嵌位电压的齐纳管 5、 不同阻值的电阻 4 和电阻 6, 不同增益的 P 沟道晶体管 3, 采用一个或多个稳压管串联等。 0017 如图 2 所示的输出通道电压检测电路, 所需检测的电压阈值为 U0 ; 光耦 2 的导通 电压阈值为U2, 导通电流为I2。

11、 ; P沟道晶体管3在放大区的电流放大倍数为h3, 基极电流为 Ib, 集电极电流为 Ic, 发射极电流为 Ie, ; 电阻 4 的阻值为 R4 ; 齐纳管 5 的嵌位电压为 U5 ; 电阻 6 的阻值为 R6 ; 各模块之间的参数满足以下关系 : 0018 当通道电压远低于检测阈值 U0 时, 齐纳管 5 未击穿, 漏电流极小, 无法驱动光耦 2 输出 ; 对于更大的通道电压, 齐纳管漏电流增大, P 沟道晶体管 3 的发射结逐渐正偏, 通过选 择集电级电阻 6 可使集电结暂趋向反偏, P 沟道晶体管 3 工作于放大区, Ib=Ie/(h3+1), 即 齐纳管5的漏电流主要从集电极流出, 只。

12、有极少部分从基极流过光耦, 不足以驱动光耦2导 通 ; 对更大的通道电压, 致使齐纳管 5 击穿后, Ie 线性增大, 光耦 2 的 LED 两端电压增速放 缓, 直至嵌位到一个二极管压降, 即 P 沟道晶体管 3 的基极基本嵌位在某电压值, 因而 Ib 及 Ic 增大, 电阻 6 两端电压不断增大, 使 P 沟道晶体管 3 集电极正偏, 趋向饱和区。由于 P 沟 道晶体管3基极电压基本保持在一个LED压降, 基极与集电极电压相差一个二极管压降, 因 此 Ic 基本不再增加, 电流迅速转为从 P 管基极流出, 光耦 2 的驱动电流呈指数函数状迅速 增加, 驱动光耦迅速导通。 0019 设计中通。

13、过器件选型来调整各模块的参数, 就能够调整电路的电压检测阈值 U0。 对于检测电压阈值低于 1.8V 的应用, 由于没有更低嵌位电压的齐纳管, 可以去掉齐纳管 5, 相应调整电阻 4 和电阻 6 的阻值, 一样可以达到目的。 0020 本设计的技术效果在于 : 电路设计简单, 参数调谐方便, 只采用少数种类的元件, 低成本。电路所占体积 (面积) 小, 十分适合应用于多输出通道的系统中。实现了对齐纳管 漏电流的衰减, 可避免因其引起的光耦误导通。 对检测电路非线性化, 通过改善其开关特性 增大了其电压可检测范围。 0021 下面结合图 3 本发明一个实施例电路的原理图, 对本发明做进一步说明。。

14、该实施 采用 PVG612AS 作为输出固态继电器 ; 采用 10k 电阻作为限流电阻 ; 采用 60k 电阻作为阈值 控制电阻 ; 采用1.8V齐纳管作为开关 ; 采用PXTA92作为P型晶体管 ; 采用导通阈值为40uA 的 HCPL-4701#300 作为光耦 ; 采用 4.75k 电阻作为光耦上拉电阻。当输出通道电压较低时, 说 明 书 CN 102998516 A 4 3/3 页 5 齐纳管5关断, P沟道晶体管3工作于截止或放大区, 齐纳管的漏电流大部分从集电极流出 ; 在通道电压低于4.4V时, 光耦保持关断 ; 当通道电压高于4.7V时, 光耦导通 (输出低电平) 。 采用较低。

15、导通电流阈值的敏感光耦 2 作为隔离器件, 使回检电路不对输出造成影响 ; 利用 低压齐纳管串在线路中, 便于精确控制通道输出的回检阈值电压 ; 齐纳管接 N 型晶体管集 电极或 P 型晶体管发射极使用, 利用晶体管放大区饱和区的不同特性和转换过程, 降低齐 纳管漏电流的影响。 0022 本发明并不限于上文讨论的实施方式。 以上对具体实施方式的描述旨在于为了描 述和说明本发明涉及的技术方案。 基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为 落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法, 以使得本 领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的 目的。 说 明 书 CN 102998516 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102998516 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 102998516 A 7 。

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