專利名稱：一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路及工控機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本新型涉及數(shù)字電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是當(dāng)采用單片機(jī)等數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)控制大功率器件時(shí)，能夠提供較高輸入阻抗、較大輸出電流的接口電路。
背景技術(shù)：
眾所周知，單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電路需要對(duì)外輸出時(shí)，一般有兩種考慮。一是負(fù)載有多高的輸入阻抗，二是輸出級(jí)能夠輸出多大的輸出電流。慣用的手法都需要進(jìn)行功率匹配，如通過(guò)光偶進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，三極管放大等。但這些方法對(duì)于更重一些的大功率負(fù)載就成了問(wèn)題，況且光偶、三極管都是電流控制元件，需要前級(jí)有一定的電流，對(duì)輸出級(jí)有很高的狀態(tài)穩(wěn)定性要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本新型的目的是提供一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路、實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)與大功率外設(shè)的良好對(duì)接，滿足單片機(jī)、工控機(jī)、數(shù)字電路對(duì)功率負(fù)載一級(jí)對(duì)接。以解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)采用單片機(jī)等數(shù)字電路驅(qū)動(dòng)控制大功率負(fù)載的問(wèn)題。另外，本新型還提供一種具有上述接口電路的工控機(jī)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的工控機(jī)方案是一種工控機(jī)，所述工控機(jī)的至少一個(gè)I/O 口上設(shè)有用于連接功率負(fù)載的輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，所述接口電路包括連接所述工控機(jī)I/O 口的控制信號(hào)端(mi)，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端 (OUTl)；所述控制信號(hào)端(mi)通過(guò)第一電阻(Rl)連接一個(gè)電力MOS管(Vl)的柵極(G)， 第二電阻(R6)連接在所述電力MOS管柵極(G)與地之間，該電力MOS管源極(S)接地，漏極 (D)連接所述功率輸出端(0UT1)。所述電力MOS管漏極(D)通過(guò)第三電阻(Rll)連接所述功率輸出端(0UT1)。所述電力MOS管為25N07型的MOS管。本發(fā)明的接口電路方案是一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，包括用于連接工控機(jī)I/O 口的控制信號(hào)端(mi)，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端(0UT1);控制信號(hào)端(mi)通過(guò)第一電阻(Rl)連接一個(gè)電力MOS管(Vl)的柵極(G)，第二電阻(R6)連接在所述電力MOS管柵極(G)與地之間，該電力MOS管源極(S)接地，漏極(D)連接所述功率輸出端(0UT1)。所述電力MOS管漏極(D)通過(guò)第三電阻(Rll)連接所述功率輸出端(0UT1)。所述電力MOS管為25N07型的MOS管。本新型由于利用了 MOS管的特性實(shí)現(xiàn)了起到了高輸入阻抗高功率輸出的作用。由于它的輸入阻抗很高，對(duì)前級(jí)要求的輸出的功率極小，僅需要幾十個(gè)微安的電流，而它容許輸出安培級(jí)以上的電流輸出，具有極大的功率放大能力，不會(huì)對(duì)前級(jí)產(chǎn)生不利影響，對(duì)后級(jí)又能提供交強(qiáng)的功率輸出，大大降低了配套條件要求，能與所有數(shù)字輸出電路進(jìn)行配套，同時(shí)本接口電路兼有電子開(kāi)關(guān)和直流繼電器的特點(diǎn)，跟蹤速度快、輸出功率大。第一、第二電阻設(shè)定了電路靜動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，排除了靜電等干擾，電路穩(wěn)定，具有高可靠性。

圖1是接口電路原理圖；圖2是多個(gè)接口電路原理圖；圖3是工控機(jī)的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。接口電路實(shí)施例如圖1所示的一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，包括用于連接單片機(jī)等數(shù)字控制芯片引腳(包括各種控制器件的I/O)的控制信號(hào)端IN1，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端OUTI ；控制信號(hào)端mi通過(guò)第一電阻Rl連接一個(gè)電力MOS管Vl的柵極G，第二電阻R6連接在所述電力MOS管柵極G與地之間，該電力MOS管源極S接地，漏極D連接所述功率輸出端0UT1。Rl、R6設(shè)定了電路靜動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，排除了靜電等干擾，電路穩(wěn)定，具有高可靠性。如果功率負(fù)載中沒(méi)有相應(yīng)的限流措施，應(yīng)該在漏極D與功率輸出端OUTl之間串接第三電阻R11。電路分為信號(hào)回路與功率回路，信號(hào)回路指Vi柵極到mi部分。第一限流電阻Ri 為:3ΚΩ，電阻R6為220 ΚΩ，且R6接地，R6為Vl確定一個(gè)輸入阻抗，用于進(jìn)行阻抗變換， 對(duì)輸入的扭矩信號(hào)起到穩(wěn)定作用。功率回路包括Vl漏極到源極。當(dāng)電源電壓通過(guò)功率負(fù)載與OUTl或Rll連接在一起時(shí)，通過(guò)mi輸入電壓信號(hào)就驅(qū)動(dòng)功率回路，導(dǎo)通或截?cái)嘭?fù)載回路流過(guò)的電流。Vl管為N溝道電力MOS場(chǎng)效應(yīng)管。它的輸入阻抗在IO8-IO12 Ω之間，對(duì)于前級(jí)，如單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電路、板卡需要的輸出電流微小甚微，保證了輸出級(jí)電路工作的穩(wěn)定性和使用壽命；電力MOS管的另一個(gè)特點(diǎn)輸出阻抗低，輸出電流大，本實(shí)用新型采用的是25Ν07型的MOS管輸出電流為25Α，電源電壓可達(dá)60V。輸出阻抗只有幾歐姆。輸出電流有上千倍的輸入電流，起到了直接驅(qū)動(dòng)功率負(fù)載的作用。圖1中由于MOS管的阻抗很高，容易受到干擾處于導(dǎo)通狀態(tài)，將阻值220Κ Ω的R6同Vl的G和S并在一起，設(shè)置了一個(gè)靜態(tài)的0電平，也保證了 R6//rgs ^ 220ΚΩ。圖2中，相同的五個(gè)單元電路(圖1所示接口電路)組合在一起，可以滿足五通道接口輸出，共帶有五個(gè)功率負(fù)載?？梢詽M足單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、工控機(jī)、數(shù)字電路、板卡直接驅(qū)動(dòng)功率負(fù)載的要求。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需要MOS管一級(jí)就可驅(qū)動(dòng)電壓不大于60V，電流不大于20A 的功率負(fù)載，起到了高輸入高功率輸出的作用。由于它的輸入阻抗很高，對(duì)前級(jí)要求的輸出的功率極小，僅需要幾十個(gè)微安的電流，而它容許輸出安培級(jí)以上的電流輸出，具有極大的功率放大能力，就大大降低了配套條件要求，能與所有數(shù)字輸出電路進(jìn)行配套，是一種極好的數(shù)字接口電路。工控機(jī)實(shí)施例如圖3是一個(gè)工控機(jī)，其五個(gè)I/O 口分別對(duì)應(yīng)的功率負(fù)載為點(diǎn)火繼電器、E⑶電源、固態(tài)繼電器、電磁離合器1、電磁離合器2 ；每個(gè)I/O 口對(duì)應(yīng)一個(gè)接口電路。以第一個(gè)端口為例，當(dāng)工控機(jī)的控制信號(hào)由mi加入到Vi的信號(hào)回路時(shí)，加在Vi管G腳的電壓為 Ug=U皿*R6D/ (R1+R6D)；其中 R6d=R6 // Rgs, Res為Vl管G腳到地的輸入阻抗，由于其輸入阻抗很高， R6d=R6 Il Rgs=R6,由于 Rl 為 3K Ω，R6 為 220K Ω，R6 R1，UG=UIN1*R6D/ (R1+R6d) ^ Uim ；Vl管導(dǎo)通，點(diǎn)火電壓(12V或MV)通過(guò)Vl導(dǎo)通時(shí)的D到S之間呈現(xiàn)極小的阻抗有足夠的電流流過(guò)點(diǎn)火繼電器，進(jìn)而啟動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作。而當(dāng)工控機(jī)的控制信號(hào)電壓為 0時(shí)，Vl截止，沒(méi)有電流流過(guò)點(diǎn)火繼電器，發(fā)動(dòng)機(jī)就回停止不動(dòng)。同理當(dāng)工控機(jī)的控制信號(hào)由IN5加入到V5的輸入回路時(shí)，電磁離合器2得電吸合，使連接的負(fù)載進(jìn)入工作。而當(dāng)工控機(jī)的控制信號(hào)電壓為0時(shí)，V5截止，沒(méi)有電流流過(guò)電磁離合器2，使后級(jí)負(fù)載處在脫離狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種工控機(jī)，其特征在于，所述工控機(jī)的至少一個(gè)I/O 口上設(shè)有用于連接功率負(fù)載的輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，所述接口電路包括連接所述工控機(jī)I/O 口的控制信號(hào)端(mi)，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端(0UT1)；所述控制信號(hào)端(INi)通過(guò)第一電阻(Rl)連接一個(gè)電力MOS管(Vl)的柵極(G)，第二電阻器(R6)連接在所述電力MOS管柵極(G)與地之間，該電力MOS管源極(S)接地，漏極(D)連接所述功率輸出端(0UT1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工控機(jī)，其特征在于，所述電力MOS管漏極(D)通過(guò)第三電阻(Rl 1)連接所述功率輸出端(OUT 1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種工控機(jī)，其特征在于，所述電力MOS管為25N07型的 MOS 管。
4.一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，其特征在于，包括用于連接工控機(jī)I/ ο 口的控制信號(hào)端(mi)，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端(ο τι)；控制信號(hào)端(mi)通過(guò)第一電阻(Rl)連接一個(gè)電力MOS管(Vl)的柵極(G)，第二電阻(R6)連接在所述電力MOS管柵極(G)與地之間，該電力MOS管源極(S)接地，漏極(D)連接所述功率輸出端(0UT1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，其特征在于， 所述電力MOS管漏極(D)通過(guò)第三電阻(Rll)連接所述功率輸出端(0UT1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路，其特征在于，所述電力MOS管為25N07型的MOS管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種輸入阻抗高輸出功率大的數(shù)字接口電路及工控機(jī)。包括用于連接工控機(jī)I/O口的控制信號(hào)端(IN1)，用于連接功率負(fù)載的功率輸出端(OUT1)；控制信號(hào)端(IN1)通過(guò)第一電阻(R1)連接一個(gè)電力MOS管(V1)的柵極(G)，第二電阻(R6)連接在所述電力MOS管柵極(G)與地之間，該電力MOS管源極(S)接地，漏極(D)連接所述功率輸出端(OUT1)。接口電路利用MOS管的特性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)與大功率外設(shè)的良好對(duì)接。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入阻抗高，輸出電流大。僅需要幾十個(gè)微安的輸入電流，輸出可達(dá)幾安培甚至20A。一級(jí)MOS管就可完成驅(qū)動(dòng)電壓不大于60V，電流不大于20A的功率負(fù)載；能極大地滿足單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電路、板卡直接驅(qū)動(dòng)功率負(fù)載的要求，可與所有數(shù)字輸出電路進(jìn)行配套。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202261228SQ20112030360
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者嚴(yán)世寶, 張滿莉, 楊敬偉, 王鳳魁, 韓國(guó)峰 申請(qǐng)人:凱邁(洛陽(yáng))機(jī)電有限公司