電流值較高、需監控的ac－信號之輸入保護電路的製作方法

2023-05-17 16:17:46

專利名稱：電流值較高、需監控的ac－信號之輸入保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電流值相對較高的、需監控的AC-信號之輸入保護電路，尤其是針對一予設的幅度閾值需進行監控的情況。這種輸入保護電路在小型控制器中得到運用。
背景技術：
需監控的AC-信號的輸入保護電路使用很普遍，如法國專利申請FR 2 671 437 A1中有敘述。為保證實現低損耗功率，這類輸入保護電路要求輸入電流保持低值。一些需監控的裝置如帶開關元件的輝光氖管或接近開關，為保證其完美運行卻要求輸入保護電路具有較高的輸入電流。這種情況下，在輸入保護電路中，輸入端並聯一電容非常普遍，這樣才能保證受監控裝置有一必需的大的電流流過。這個解決方案的缺點是，如果受監控裝置在其AC-饋電電壓的峰值附近被斷開時，此電容通過一高阻的輸入電阻從這樣一高值的電壓開始放電，放電過程相對緩慢。此外在裝置斷開的狀態下，仍有一剩餘電流流經裝置，此電流在輸入端形成一較高的剩餘電壓。這兩個瞬態過程使得受監控裝置的斷開狀態延遲至饋電交流電壓的若干個周期後才被判斷出來，而非所希望的在同一個周期內就被判斷出來。
本申請人的在優先權期限內、尚未公開的德國專利申請DE 197 48633 A1中有對如下電路結構的描述，此電路用於對交流輸入信號確定的幅值閾值進行監控，此電路含有一由整流二極體、一分壓器和一比較器構成的串聯電路，而整流二極體的陽極接至信號輸入端，陰極接至分壓器，分壓器至少由兩個電阻構成，由整流二極體陽極至接地間電壓實現分壓器的饋電，分壓器的抽頭與比較器的比較輸入端相連，這樣，在比較器的輸出端可得到第一個二進位的信號。接著再使用一個過零點監測器，其監控端接入一個基準比較信號，以形成第二個二進位信號，一個接在過零點監測器之後的時延級構成第三個二進位信號。同時使用一至少有一邊沿觸發的雙穩電路，而比較器的輸出信號接入雙穩電路的狀態觸發輸入端，時延極的輸出端接入雙穩電路的邊沿觸發輸入端，這樣，在雙穩電路的輸出端就可得到一具有兩個不同狀態的第四個信號。但這一電路結構不宜用來對通過輸入端並聯二極體而實現的電流值較高的輸入信號進行快速監控。
本發明的公開因此，本發明的任務是對輸入保護電路進行改進，使得產生較高輸入電流的裝置的斷開狀態能迅速得以判別。
本發明的任務以本文開頭所述的保護電路為基礎，通過獨立權利要求的特徵加以解決受監控AC信號的輸入保護電路，帶有一輸入電阻(Re)和一與其並聯的輸入電容(C)，流至電阻及電容的相對高值的AC輸入電流，是由一饋電電壓(L1)流經狀態斷開受監控的裝置(1；2)而形成的，其特徵是輸入端還並聯一個放電保護電路(23)，其放電電阻(Rc)比輸入電阻(Re)小，同時放電保護電路(23)具有一開關元件(S3)，此開關元件在饋電電壓(L1)與需判別的閾值電壓(Ustyp)具有相同符號時截止，而在它們具有相反符號時則導通。
本發明的進一步構成可在從屬權利要求中察知放電保護電路中，與狀態斷開受監控裝置的輸出電阻相比放電電阻阻值較低。
屬於同類輸入端的放電保護電路帶有一公共的開關元件，同時相應的受監控的裝置由同一饋電電壓饋電。
輸入保護電路帶有一公共的放電電阻。
放電保護電路由一根據閾值電壓的符號而定連接方向的整流器、放電電阻及電子開關元件相互串聯構成。
放電保護電路的開關元件最好為一三極體。
通過根據本發明附加的放電保護電路，如果在饋電電壓的峰值附近將受監控裝置斷開，則電容電壓及輸入電壓很快就降至閾值電壓以下，因此被監控裝置的斷開狀態可迅速被判斷出來。由於被監控裝置在接通狀態下輸入電阻很小，其接通狀態可迅速被判別出來。
本發明的另一優點在於，與斷開狀態受監控的裝置的輸入電阻相比較，放電電阻為低值，這樣，最晚在一個周期後輸入電壓可降至閾值電壓以下。
本發明的又一優點在於，多個同類輸入端可公用一個開關元件，尤其是在輸入端個數不多的情況下，可共用一個放電電阻。
放電保護電路的優選是由整流元件、放電電阻、開關元件所構成的串聯電路，而開關元件最好是由三極體構成。
附圖的簡要說明本發明的進一步細節和優點藉助附圖通過以下實施例進一步說明，其中，

圖1是根據現有技術實現的帶輸入保護電路的電路結構圖；圖2是圖1所示電路結構的典型電壓波形圖信號波形圖；圖3是帶有根據本發明的輸入保護電路的電路結構圖；圖4是圖3所示電路結構的典型電壓波形圖信號波形圖。
受監控裝置1和2由AC饋電電壓L1饋電，零電位N在小型控制器10中用作接地。輸入保護電路11和12通常依次由如下元件構成位於信號輸入端17或18和零電位N間的電容C，用作分壓器的輸入電阻Re，電子模塊A(如比較器)的接有分壓輸入電阻的輸入端。在裝置1和2斷開的狀態下，也即開關元件S1和S2斷開時，輸入電流主要由電子控制電路En和串聯電阻Rv決定，此電流流至信號輸入端17和18並由此主要經電容C接地。在裝置1和2閉合的狀態下，饋電電壓L1經開關元件S1和S2加到信號輸入端17和18並加到電容C上，同時此電壓幅值有所降低，但沒有時延地加至電子模塊A上，因而可繼續對此電壓信號進行處理。在饋電電壓L1的信號正半周周期內斷開裝置1、2，信號輸入端17和18的電位下降及模塊A輸入端的電位下降都有明顯的時延。
圖2所示電壓波形圖以實例對此作出很好的說明。為此設定一正的幅值閾值並假設在饋電電壓L1的峰值處受監控裝置被斷開。在受監控裝置1或2被斷開後將近三個周期(60ms)後電容C的放電電壓Uc(t)才達到典型閾值電壓Ustyp，而與剩餘電壓相疊加生成的輸入電壓Uin(t)則在四個周期(80ms)後才達到此值。若以最壞情況下的閾值電壓Usmin為基礎作比較，則六個周期(120ms)後受監控裝置已被斷開這一狀態才能被判斷出來。
圖3所示電路結構很好地展示了一個帶有信號輸入端17和18的小型控制器20，流過受監控裝置1和2的相對高值的AC信號經這兩個信號輸入端而引向兩個依據本發明的輸入保護電路21和22。此受監控裝置1和2與圖1所示裝置相同。與圖1所示的常規輸入保護電路11和12相比，依據本發明的輸入保護電路21和22有所擴展，在信號輸入端17和18與零電位N間加有一公共的放電保護電路23。放電保護電路23由如下元件相互串聯而成對應於輸入端17和18各一整流器D及放電電阻Rc，以MOS開關三極體形式實現的一公共的電子開關元件S3。電子開關元件S3由控制信號M通過一反相器I加以控制。控制信號M是從饋電電壓L1得來的，饋電電壓L1波形為正半周或負半周時，控制信號電位分別為高或低，也即在饋電電壓L1的過零點控制信號狀態改變。(參照本文開首引述的本申請人的在優先權期限內、尚未公開的德國專利申請DE19748633A1，引文中產生的第二數位訊號相當於此處所用控制信號M)。
因此，在饋電電壓L1的正半周，電子開關元件S3為截止狀態，而在負半周時則為導通狀態。在裝置1或2閉合時，饋電電壓L1沒有任何變化直接加至輸入端17或18，因為在負半周二極體D截止而在正半周電子開關元件S3截止。但如果在饋電電壓L1的正半周期內斷開裝置1或2，則在饋電電壓L1的下一個過零點控制信號M變為低電平，電子開關元件S3變為導通，而相應電容C上存在的正向輸入電壓Uin(t)使相對應的整流二極體D保持導通，直至電容C的放電電壓Uc(t)及相應的輸入電壓Uin(t)在饋電電壓L1的第一個負半周期內很快降到最壞情況下的閾值電壓Usmin以下也即很可靠地降至可判別的典型閾值Ustyp以下。放電電阻Rc對電子開關元件S3起過載保護作用。
本發明不僅限於前述的優選實施例，而且適用於所有其他符合此專利精神的實施例。例如，在圖1和圖3所給的輸入電阻Re和電容的值僅是範例而已，但並不說明這些值非典型值。如輸入端個數不多，則可公用一個放電電阻Rc，此電阻與公共的開關元件S3相串聯。相反，對某些實施例，如果每個整流二極體D及每個放電電阻Rc都配有一個獨立的開關元件，將會很有用處。此外，通過對整流二極體D的極性進行反接，同時選擇相應的開關元件S3，可實現以負閾值電壓值作為比較基礎的依據本發明的輸入保護電路21或22。
附圖標記說明1；2 受監控裝置10；20小型控制器11；12常規輸入保護電路17；18信號輸入端21；22本發明輸入保護電路23放電保護電路A 模塊C 電容D 整流二極體En電子控制電路G 輝光氖管I 反相器L1饋電電壓M 控制信號Rc放電電阻Re輸入電阻Rv串聯保護電阻S1；S2；S3開關元件Uc(t) 放電電壓Uin(t)輸入電壓Usmin 最壞情況下閾值電壓Ustyp 典型閾值電壓
權利要求
1．受監控AC信號的輸入保護電路，帶有一輸入電阻(Re)和一與其並聯的輸入電容(C)，流至電阻及電容的相對高值的AC輸入電流，是由一饋電電壓(L1)流經狀態斷開受監控裝置(1；2)而形成的，其特徵是輸入端還並聯一個放電保護電路(23)，其放電電阻(Rc)比輸入電阻(Re)小，同時放電保護電路(23)具有一開關元件(S3)，此開關元件在饋電電壓(L1)與需判別的閾值電壓(Ustyp)具有相同符號時截止，而在它們具有相反符號時則導通。
2．如權利要求1所述的輸入保護電路，其特徵是與狀態斷開受監控裝置(1；2)的輸出電阻相比，放電電阻(Rc)阻值較低。
3．如權利要求1或2所述的輸入保護電路，其特徵是屬於同類輸入端(17；18)的放電保護電路(23)帶有一公共的開關元件(S3)，同時相應的受監控裝置(1；2)由同一饋電電壓(L1)饋電。
4．如權利要求3所述的輸入保護電路，其特徵是帶有一公共的放電電阻(Rc)。
5．如權利要求1至4中任一權利要求所述的輸入保護電路，其特徵是放電保護電路(23)由一根據閾值電壓(Ustyp)的符號而定連接方向的整流器(D)、放電電阻(Rc)及電子開關元件(S3)相互串聯構成。
6．如權利要求5所述的輸入保護電路，其特徵是開關元件(S3)為一三極體。
全文摘要
本發明涉及受監控AC信號的輸入保護電路,帶有一輸入電阻(Re)和一與其並聯的輸入電容(C),流至電阻及電容的相對高值的AC輸入電流,是由一饋電電壓(L1)流經狀態斷開受監控裝置(1;2)而形成的,其特徵是:輸入端還並聯一個放電保護電路(23),其放電電阻(Rc)比輸入電阻(Re)小,同時放電保護電路(23)具有一開關元件(S3),此開關元件在饋電電壓(L1)與需判別的閾值電壓(UStyp)具有相同符號時截止,而在它們具有相反符號時則導通。
文檔編號G01R19/00GK1300439SQ00800557
公開日2001年6月20日 申請日期2000年4月1日 優先權日1999年4月14日
發明者霍雷亞－斯特凡·庫爾卡 申請人:默勒股份有限公司