一種交直流數字量輸入電路的製作方法
2023-10-22 15:46:02 2
專利名稱：一種交直流數字量輸入電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交直流數字量輸入電路，屬於電力設備保護以及工業自動化控制領域。
背景技術：
目前，在電力設備保護裝置以及工業自動化控制領域，需要實時檢測接觸器、斷路器等設備的工作狀態或完成一些控制信號的觸發，這些功能可以通過數字量輸入來實現。 隨著工業水平不斷發展，傳統的低壓直流電源數字量輸入抗電磁幹擾能力差；目前有些設備需要遠距離、同時對多路數字量輸入進行檢測及控制需要使用交流數字量輸入，傳統交流電源數字量輸入發熱量大；而且進入單片機信號為脈衝信號、軟體處理複雜等，以上缺陷使採用傳統交直流數字量輸入設備的可靠性降低，給企業的安全生產埋下隱患。
發明內容
發明目的針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種發熱量少、抗幹擾能力強、軟體處理方便、運行安全的交直流數字量輸入電路。技術方案一種交直流數字量輸入電路，包括外部控制電源電路、整流濾波隔離輸入電路、檢測隔離控制電路、瞬變吸收電路以及單片機接口電路。通過單片機控制外接電源通斷時間，減少交直流數字量輸入的發熱量，通過整流濾波隔離輸入電路、檢測隔離控制電路提高交直流數字量輸入抗幹擾能力；而且該電路輸入到單片機I/O信號為電平信號，軟體處理方便。因此該電路保證電力設備保護裝置可以長期可靠運行，為企業安全生產提供保障。所述外部控制電源電路包括外接控制電源U1、開關SBl ；所述外接控制電源Ul 一端與開關SBl串聯，另一端連接至隔離控制輸入電路U3的腳4 ；所述開關SBl連接第一限流電阻Rl ；所述外接控制電源Ul的電壓為交流電壓或直流電壓。所述整流濾波隔離輸入電路包括第一限流電阻R1、第三限流電阻R3、模塊電路U2 以及濾波電容C2 ；所述第一限流電阻Rl接整流橋輸入的其中一端，第三限流電阻R3接整流橋輸入的另一端；所述濾波電容C2兩端分別連接至整流橋輸出的正負極兩端；隔離輸入電路連接至單片機的I/O。所述外部控制電源電路經第一限流電阻Rl連接至模塊電路U2 的輸入端腳1 ；模塊電路U2的腳2、3接濾波電容C2 ；模塊電路U2的腳4經第三限流電阻 R3連接至檢測隔離控制電路；模塊電路U2隔離輸出為腳6、7、8 ；且腳6輸出為電平信號。模塊電路U2是一個包含整流濾波和內部隔離輸出的集成電路或者是整流橋和光耦隔離器分立器件組成的隔離電路。所述瞬變吸收電路包括第二電阻R2和第一電容Cl串聯組成的RC阻容吸收電路以及瞬變吸收元件RVl ；所述RC阻容吸收電路並聯於瞬變吸收元件RVl兩端；所述瞬變吸收電路與通過連接檢測電路輸出腳4和輸出腳6與檢測電路並聯。RC阻容吸收電路與隔離控制輸入電路U3的輸出腳4、6相併聯，對檢測電路起到保護作用。
所述瞬變吸收電路為RC阻容吸收電路或瞬變吸收元件RVl。所述檢測隔離控制電路包括隔離控制輸入電路U3，其中隔離控制輸入電路U3為帶過零檢測的光耦或無過零檢測的光耦或帶驅動的功率管。所述檢測隔離控制電路通過單片機的I/O控制隔離控制輸入電路U3的腳2，實現控制隔離控制輸入電路U3的輸出腳4和輸出腳6通斷，從而實現外接控制電源Ul與第三限流電阻R3的接通與斷開，隔離控制輸入電路U3的導通和斷開時間是可控制的。其中隔離控制輸入電路U3的腳1、2為隔離控制電路輸入信號，輸出腳4、6為檢測電路開關輸出。所述單片機接口電路包括開關量輸入檢測信號(MCU_DI1)和單片機輸出控制信號；所述開關量輸入檢測信號為電平信號，經第五電阻R5和第四電容C4組成RC電路輸入單片機的I/O ；單片機電源VCC經第四限流電阻R4連接至隔離控制輸入電路U3的腳1 ；所述單片機輸出控制信號(MCU_CtrDI)連接至隔離控制輸入電路U3的腳2，控制隔離控制輸入電路的U3的通斷。有益效果本發明可以解決傳統的光耦隔離輸入電路由於抗電磁幹擾能力差、發熱量大、軟體處理複雜等缺點，保證設備長期可靠運行，為企業安全生產提供保障。該電路在不改變硬體電路結構的情況下，實現交直流數字量輸入信號採集，電路簡單可靠、硬體成本低。在電氣工程領域，特別是在電力設備保護裝置以及工業自動化控制場合，具有很高實用性。
圖1為本發明實施例的電路框圖；圖2為圖1的電路原理圖；圖3為本發明實施例中包含整流濾波和內部隔離輸出的模塊電路U2的電路圖；圖4為本發明實施例中為整流橋BRl和光耦隔離器附分立器件組成的模塊電路 U2的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。本發明一種交直流數字量輸入電路用於解決傳統的光耦隔離輸入電路由於抗電磁幹擾能力差、發熱量大、軟體處理複雜等缺點；特別適合於需要遠距離、同時對多路數字量輸入進行檢測及控制的工業場合；可以保證設備長期可靠運行，為企業安全生產提供保障。如圖1所示本發明一種交直流數字量輸入電路包括外部控制電源電路10、整流濾波隔離輸入電路20、檢測隔離控制電路40、瞬變吸收電路30以及單片機接口電路50。其中，外部控制電源電路10給數字量輸入電路提供外接電源；整流濾波隔離輸入電路20對外部控制電源電路10提供電壓進行整流濾波，並進行隔離輸出；檢測隔離控制電路40對外部控制電源電路10提供電路進行開關控制；瞬變吸收電路30防止檢測隔離控制電路40產生過大dv/dt，造成電路的損壞；單片機接口電路50實現開關量輸入信號檢測以及控制檢測隔離控制電路40的開通和關斷。如圖2所示外部控制電源電路10包括外接控制電源Ul、開關SBl ；其中，外接控制電源Ul與開關SBl串聯，外接控制電源Ul的另一端連接至隔離控制輸入電路U3的腳4 ；外接控制電源Ul可以是交流電壓，也可以是直流電壓。整流濾波隔離輸入電路20包括第一限流電阻R1、第二限流電阻R3 ；模塊電路U2 以及濾波電容C2。模塊電路U2可以是一個包含整流濾波和內部隔離輸出的集成電路，如圖 3所示；也可以是整流橋BRl和光耦隔離器m分立器件組成的電路，如圖4所示。瞬變吸收電路30包括第二電阻R2和第一電容Cl串聯組成RC阻容吸收電路以及瞬變吸收元件RVl ；該電路可以單獨為RC阻容吸收電路或瞬變吸收元件RV1，也可以是二者組合，該電路吸收檢測電路關斷時產生的過電壓，對檢測電路起到保護作用。檢測隔離控制電路40包括隔離控制輸入電路U3，當外部控制電源為交流電壓時， U3為帶過零檢測的光耦；當外部控制電源為直流電壓時，U3為無過零檢測的光耦，或是帶驅動的功率管。通過單片機的I/O控制U3的腳2，實現U3輸出腳4、6通斷，從而實現外部控制電源電路10的接通與關斷；隔離控制電路U3的導通和關斷時間是可控的。所述單片機接口電路50包括開關量輸入檢測信號(MCU_DI1)，該信號經第五電阻 R5、第四電容C4組成RC電路輸入到單片機；單片機電源VCC經第四限流電阻R4連接至U3 的腳1 ；單片機輸出控制信號(MCU_CtrDI)連接至模塊電路U3腳2，控制U3的通斷，其中U3 的通斷時間是可控的。
權利要求
1.一種交直流數字量輸入電路，其特徵在於包括外部控制電源電路、整流濾波隔離輸入電路、檢測隔離控制電路、瞬變吸收電路以及單片機接口電路。
2.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述外部控制電源電路包括外接控制電源Ul、開關SBl ；所述外接控制電源Ul—端與開關SBl串聯，另一端連接至隔離控制輸入電路U3的腳4 ；所述開關SBl連接第一限流電阻Rl ；所述外接控制電源Ul的電壓為交流電壓或直流電壓。
3.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述整流濾波隔離輸入電路包括第一限流電阻R1、第三限流電阻R3、模塊電路U2以及濾波電容C2 ；所述第一限流電阻Rl接整流橋輸入的其中一端，第三限流電阻R3接整流橋輸入的另一端；所述濾波電容 C2兩端分別連接至整流橋輸出的正負極兩端；隔離輸入電路連接至單片機的I/O。
4.如權利要求3所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於模塊電路U2是一個包含整流濾波和內部隔離輸出的集成電路或者是整流橋和光耦隔離器分立器件組成的隔離電路。
5.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述瞬變吸收電路包括第二電阻R2和第一電容Cl串聯組成的RC阻容吸收電路以及瞬變吸收元件RVl ；所述RC阻容吸收電路並聯於瞬變吸收元件RVl兩端；所述瞬變吸收電路與通過連接檢測電路輸出端腳4和輸出端腳6與檢測電路並聯。
6.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述瞬變吸收電路為RC 阻容吸收電路或瞬變吸收元件RVl。
7.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述檢測隔離控制電路包括隔離控制輸入電路U3，其中隔離控制輸入電路U3為帶過零檢測的光耦或無過零檢測的光耦或帶驅動的功率管。
8.如權利要求7所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述檢測隔離控制電路通過單片機的I/O控制隔離控制輸入電路U3的腳2，實現控制隔離控制輸入電路U3的輸出腳4和輸出腳6通斷，從而實現外接控制電源Ul與第三限流電阻R3的接通與斷開。
9.如權利要求1所述的交直流數字量輸入電路，其特徵在於所述單片機接口電路包括開關量輸入檢測信號和單片機輸出控制信號；所述開關量輸入檢測信號為電平信號，經第五電阻R5和第四電容C4組成RC電路輸入單片機的I/O ；單片機電源VCC經第四限流電阻R4連接至隔離控制輸入電路U3的腳1 ；所述單片機輸出控制信號連接至隔離控制輸入電路U3的腳2，控制隔離控制輸入電路的U3的通斷。
全文摘要
本發明公開一種交直流數字量輸入電路，包括外部控制電源電路、整流濾波隔離輸入電路、檢測隔離控制電路、瞬變吸收電路以及單片機接口電路。本發明可以在不改變硬體電路結構的情況下，實現交直流數字量輸入信號採集，電路簡單可靠、成本低。本發明在電氣工程領域，特別是在電力設備保護裝置以及工業自動化控制場合，具有很高實用性。
文檔編號G05B19/042GK102508453SQ201110350539
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者張鳳雛, 張志寶, 張怡 申請人:江蘇斯菲爾電氣股份有限公司