專利名稱：多路高速脈沖輸出電路的過載保護及掉電檢測的制作方法
技術領域：
本實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載電流及輸出側24V供電電源狀態(tài)進行實時檢測并能在過載及掉電時停止 輸出，實現(xiàn)對輸出電路的保護。
背景技術：
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動 負載，但當負載電流超過晶體管的額定參數(shù)時或者負載對電源短路時，輸出 晶體管會因電流過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， 用戶不得不在負載回路中串聯(lián)一個適當電流的保險絲保護輸出電路。圖1示出了現(xiàn)有技術的多通道數(shù)字量脈沖輸出的典型電路結構。在圖l中，脈沖的輸出接到一負載上，通過保險接至24V電源，當輸出 端負載過流或發(fā)生短路故障時，流過輸出晶體管的電流會迅速增大，當超過 外部保險絲的額定值時，保險絲熔斷，從而保護晶體管不被損壞。根據(jù)上述圖1可知，現(xiàn)有技術的電路存在如下缺點每路輸出都得增加 一個保險絲，應用成本高，若保險被焊接到印制板上，維修成本更高。負載 過流或短路無反饋，CPU不能探測到此故障。圖2示出了圖1中的負載電路圖。如圖2所示，負載1至負載N的電路 結構相同。圖2的整個電路結構就是代表負載的內(nèi)部電路。實用新型內(nèi)容本實用新型的另外方面和優(yōu)點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，或者可以在本實用新型的實踐中得到。針對現(xiàn)有技術電路中的上述問題，提出本實用新型。本實用新型能在2004KHz頻率輸出的情況下實現(xiàn)過載和短路保護及輸出側電源掉電檢測的功能。它是由脈沖驅動及檢測控制兩部分電路組成，過載、短路及電源掉電時 該電路能及時切斷與外部負載的物理連接而不必外加保險絲。本發(fā)明提供一種高速脈沖輸出電路的保護電路，包括脈沖輸出電路， 在控制器的控制下生成脈沖信號并將脈沖信號輸出到負載的第 一端；檢測電 路，連接于負載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測負載和第一電源的狀 態(tài)并輸出4企測信號到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測電路， 用于響應于來自檢測電路的檢測信號而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號 的輸出。根據(jù)本實用新型，其電路設計簡單，僅需幾個電阻器和小信號晶體管即 可實現(xiàn)電源掉電檢測和多路信號過載及短路的保護，造價低廉，同時也便于 用戶使用。


通過結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細描述，本實用新型的 上述和其他目的、特性和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中相同的標號指定相同 結構的單元，并且在其中圖1示出了現(xiàn)有技術的多通道數(shù)字量脈沖輸出的典型電路結構；圖2示出了圖1中的負載電路圖；圖3示出了本實用新型示例性實施例的多通道數(shù)字量脈沖輸出的電路圖。
具體實施方式
下面將參照示出本實用新型實施例的附圖充分描述本實用新型。然而， 本實用新型可以以許多不同的形式實現(xiàn)，而不應當認為限于這里所述的實施 例。相反，提供這些實施例以便使本公開透徹且完整，并且將向本領域技術 人員充分表達本實用新型的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了組件。圖3示出了本實用新型示例性實施例的多通道數(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并將脈沖信號輸出到負載的第一端；檢 測電路130,連接于負載的第二端和第一電源的兩端，用于^r測負載和第一 電源的狀態(tài)并輸出檢測信號到控制器；和控制器120，連接于脈沖輸出電路 和檢測電路，用于響應于來自檢測電路的檢測信號而使能或禁止脈沖輸出電 路的脈沖信號的輸出。如圖3所示，檢測電路130進一步包括電源檢測電路131，用于檢測電 源的掉電。下面將結合具體電路結構進行說明。
脈沖輸出的實現(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MOSFET將脈沖信號輸出到負載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， 將其進行內(nèi)部處理以轉換為1-200 KHZ的頻率脈沖，通過控制器120決定是 否將此脈沖輸出至光耦。以通道1為例說明，正常情況下，通道1的輸出MOSFETT1未導通， 檢測信號即光耦2的輸出為1電平，當使能信號為1即有效時，光耦1的驅 動電源內(nèi)部3.3V被打開，此時只要頻率發(fā)生器有脈沖輸出，高速光耦l即通 過MOSFET輸出脈沖至負載1。
過載及短路檢測和保護的實現(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}。檢測電路130包括電源檢測電路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電路131相連。電源檢測電路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?？刂破?20包括處理器和與電路，該處理器例如可以XCEL或專用的 ASIC控制器來實現(xiàn)，頻率發(fā)生器通過檢測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。本領域技術人員應該理解，本發(fā)明的控制 器并不限于此處公開的處理器和與電路，也可以采用其他具有同樣功能單片 機來實現(xiàn)。當通道l的輸出晶體管Tl導通時，負載電流通過T1及電阻器R1至地,當負載1的阻抗變小或負載短路時，流過Rl的電流II迅速增加，當此電流達到或超過0.35A時，電阻器R1上的電壓達到或超過0.7V,晶體管T2導通 變?yōu)镺電平，將流過光耦2的電流旁路到地，光耦2的輸出變?yōu)?電平，由 此0電平檢測信號被XCEL檢測到一次，同時此0電平檢測信號又通過與電 路切斷光耦l的供電，使輸出關斷。此舉又使檢測信號返回到1狀態(tài)，直至 XCEL再次使能輸出脈沖，等待下次過載或短路檢測。XCEL檢測到四個連續(xù)0電平檢測信號后，關斷所有輸出。在XCEL檢 測到四個連續(xù)0電平檢測信號之后，XCEL生成O電平使能標志信號，并通過輸 出端①輸出該0電平使能標志信號，由此關斷所有輸出 24V電源掉電的檢測如圖所示，電阻器R2、 R3、 R4、 R5及晶體管T3組成對24V的電源枱r 測電路131,當24V電源掉電時，流過光耦2的電流減小到0,光耦2的輸 出也變?yōu)?電平，XCEL 一僉測到此O電平的^f企測信號，重復如前所述過程，4 次之后，XCEL判斷IO側電源掉電(或負載有問題)并以如上過載和短路4企 測相同的方式關斷輸出。 多路通道輸出的檢測及保護如圖3所示，所有通道的過載或短贈"險測都通過晶體管T2到Tn以集電 極開路的方式連接在一起組成或非電路，任一通道過載或短路都會將光耦2 的IF電流旁路到地，使光耦2輸出0電平的檢測信號至XCEL,這樣所有通 道通過光耦2實現(xiàn)了過載檢測及保護。本實用新型的電路設計簡單，僅需幾個電阻器和小信號晶體管即可實現(xiàn) 電源掉電檢測和多路信號過載及短路的保護，造價低廉，同時也便于用戶使 用。盡管本實用新型是參照其特定的優(yōu)選實施例來描述的，但本領域的技術 人員應該理解，在不脫離由所附權利要求限定的本實用新型的精神和范圍的 情況下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種修改。
權利要求1.一種高速脈沖輸出電路的保護電路，包括脈沖輸出電路，在控制器的控制下生成脈沖信號并將脈沖信號輸出到負載的第一端；檢測電路，連接于負載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測負載和第一電源的狀態(tài)并輸出檢測信號到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測電路，用于響應于來自檢測電路的檢測信號而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號的輸出。
2. 如權利要求1所述的保護電路，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換成具有預定頻率的脈沖信號；第一光耦，連接于頻率發(fā)生器和控制器，響應于來自控制器的第二檢測 信號而通過第一晶體管輸出脈沖信號至負載；和第 一 晶體管，具有連接于第 一光耦的柵極和連接于負載第 一端的源極，用于將脈沖信號輸出至負載。
3. 如權利要求2所述的保護電路，其中檢測電路包括 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. 如權利要求3所述的保護電路，當負載的阻抗變小或負載短路時， 第二晶體管導通以將流過第二光耦的電流旁路到地，第二光耦將第 一檢測信號輸出到控制器。
5. 如權利要求4所述的保護電路，其中所述檢測電路還包括電源檢測 電路，該電源檢測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第五電阻器連接于第二電源，第三晶體 管的發(fā)射極通過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。
6. 如權利要求5所述的保護電路，當?shù)谝浑娫吹綦姇r，第二光耦輸出 第一檢測信號至控制器。
7. 如權利要求6所述的保護電路，所述控制器響應于來自第二光耦的 第一檢測信號禁止脈沖輸出電路的脈沖信號的輸出。
8. 如權利要求7所述的保護電路，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志信號和第二光耦輸出的檢測 信號，該與電路的輸出端與第一光耦相連，以導通或截止第一光耦。
9. 如權利要求8所述的保護電路，所述第二光耦輸出的檢測信號也輸 出到所述處理器。
10. 如權利要求9所述的保護電路，當?shù)诙怦钶敵龅牡谝粰z測信號截 止第一光耦之后，第一晶體管截止，第二光耦輸出的檢測信號返回有效狀態(tài)。
11. 如權利要求10所述的保護電路，當所述處理器檢測到來自第二光 耦的四個連續(xù)的第一檢測信號時，處理器將使能標志信號置0,從而切斷所 有脈沖信號的輸出。
12. 如權利要求11所述的保護電路，其中所述第一電源為24V,所述 第二電源為5V。
13. 如權利要求12所述的保護電路，其中所述第一^r測信號是具有電 平0的檢測信號，所述第二檢測信號是具有電平1的檢測信號。
14. 如權利要求13所述的保護電路，其中所述第一電阻器為2歐姆。
15. 如權利要求14所述的保護電路，其中所述第一晶體管為金屬氧化 物半導體場效應晶體管。
16. 如權利要求15所述的保護電路，所述高速脈沖輸出電路可包括多 路輸出。
17. 如權利要求16所述的保護電路，所述多路高速脈沖輸出電路進一 步包括多個第二晶體管、多個第一晶體管以及多個第一電阻器，多個第二晶 體管以集電極開路的方式連接在一起組成或非電路，并且前一級的第一電阻 器與下一級的第一晶體管的源極相連。
專利摘要本實用新型提供一種高速脈沖輸出電路的保護電路，包括脈沖輸出電路，在控制器的控制下生成脈沖信號并將脈沖信號輸出到負載的第一端；檢測電路，連接于負載的第二端和第一電源的兩端，用于檢測負載和第一電源的狀態(tài)并輸出檢測信號到控制器；和控制器，連接于脈沖輸出電路和檢測電路，用于響應于來自檢測電路的檢測信號而使能或禁止脈沖輸出電路的脈沖信號的輸出。
文檔編號H02H3/08GK201167229SQ20082000779
公開日2008年12月17日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日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 申請人:施耐德電器工業(yè)公司