CN103929169A - 传感器输出电平隔离转换电路、电平隔离转换电路及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电子技术领域，提供了一种电平隔离转换电路，用于接收外部输入的电平信号并实现电平的隔离和转换，所述电平隔离转换电路包括：依次连接的将所述电平信号进行电平转换并输出控制信号的输入控制单元、根据所述控制信号工作并对所述控制信号进行抗扰隔离的光电耦合单元以及输出与所述电平信号电平相反的输出信号的输出单元。通过输入控制单元将外部输入的电平信号进行电平转换并输出控制信号控制光电耦合单元工作，光电耦合单元将该电路的输入电平信号进行抗扰隔离，并控制输出单元输出与外部输入的电平信号电平相反的输出信号，实现了电平的转换隔离，同时也避免了使用反相器进行电平转换而导致信号延迟的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电平隔离转换电路及设备。
背景技术
在目前的电平隔离电路中，一般的使用方法只能起到电平隔离作用，不能实现电平有效翻转，如附图1所示，传感器处于off时，输入信号in为高电平时，输出信号out也为高电平；当传感器处于on时，输入信号in为低电平时，输出信号out也为低电平，可以看出，该电路的不能实现电平转换。
而有些电平转换电路的电平翻转多依靠反相器来实现，反相器本身具有缓冲器的效果，从而造成电平信号产生太多的延迟效应，不能及时有效的反应电平信号，使得在计时或计数等电路中无法提供有说服力的数据及信号指示。有些电路能够实现电平翻转，但是后续的电平指示灯状态与传感器的on/off状态不同步，引发对信号的判断失误。故现有技术存有明显的缺陷：信号有延迟，数据不准确，指示灯显示状态与传感器状态不同步。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电平隔离转换电路，旨在解决目前电平隔离转换电路中的电平转换不成功、信号有延迟的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种电平隔离转换电路，用于接收外部输入的电平信号并实现电平的隔离和转换，所述电平隔离转换电路包括：依次连接的将所述电平信号进行电平转换并输出控制信号的输入控制单元、根据所述控制信号工作并对所述控制信号进行抗扰隔离的光电耦合单元以及输出与所述电平信号电平相反的输出信号的输出单元。
本发明实施例的另一目的在于提供一种传感器输出电平隔离转换电路，用于对传感器输出的电平信号进行隔离转换，所述传感器输出电平隔离转换电路包括上述的电平隔离转换电路。
本发明实施例的另一目的在于提供一种电平隔离转换设备，用于接收外部电平信号并实现电平的隔离和转换，所述电平隔离转换设备包括上述的电平隔离转换电路。
上述的电平隔离转换电路通过输入控制单元将外部输入的电平信号进行电平转换并输出控制信号控制光电耦合单元工作，光电耦合单元将该电路的输入电平信号进行抗扰隔离，并控制输出单元输出与外部输入的电平信号电平相反的输出信号，实现了电平的转换隔离，同时也避免了使用反相器进行电平转换而导致信号延迟的问题。
附图说明
图1是传统的电平隔离转换电路的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的电平隔离转换电路的模块框图；
图3是本发明一实施例提供的电平隔离转换电路的电路原理图；
图4是本发明另一实施例提供的电平隔离转换电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，为一优选实施例中的电平隔离转换电路的模块框图，电平隔离转换电路10用于接收外部输入的电平信号并实现电平的隔离和转换，所述电平隔离转换电路10包括依次连接的输入控制单元200、光电耦合单元300和输出单元400。
输入控制单元200将外部输入的电平信号IN进行电平转换并输出控制信号的；光电耦合单元300根据控制信号工作并对控制信号进行抗扰隔离；输出单元400输出与电平信号IN电平相反的输出信号OUT并呈现输出信号OUT的高电平和低电平指示。
上述电平隔离转换电路10通过输入控制单元200将外部输入的电平信号IN进行电平转换并输出控制信号控制光电耦合单元300工作，光电耦合单元300将该电路的输入电平信号IN进行抗扰隔离，并控制输出单元400输出与外部输入的电平信号IN电平相反的输出信号OUT，实现了电平的转换隔离，同时也避免了使用反相器进行电平转换而导致信号延迟的问题。
在优选的实施例中，参考图3，输入控制单元200包括第一电阻R1、第二电阻R2和开关管Q1。
第一电阻R1的第一端作为输入控制单元200的输入端与第二电阻R2的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一电源Vcc1连接，第二电阻R2的第二端与开关管Q1的控制端连接，开关管Q1的输入端作为输入控制单元200的输出端与光电耦合单元300的负输入端连接，开关管Q1的输出端接地。第一电阻R1的阻值比第二电阻R2的阻值小。本实施例中，光电耦合单元300的正输入端经一第三电阻R3与第一电源Vcc1连接，第三电阻R3、第一电阻R1以及第二电阻R2的阻值依次递增，可以理解的是第三电阻R3阻值可以为零。第一电源Vcc1是电压为24V的直流电源，在其他实施方式中，可以设置其他如电压为10V、15V或20V等直流电源，那么第一电阻R1为上拉电阻，将外部输入的电平信号IN的电压上拉到与第二电阻R2加载的电压相等。
光电耦合单元300是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。光电耦合单元300由发光源和受光器两部分组成，发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。那么上述的光电耦合单元300的正输入端即为光敏二极管的阳极，负输入端即为光敏二极管的阴极。本实施例中，光电耦合单元300为光电耦合器U1。
开关管Q1发挥其开关作用及电流放大作用，优选地，开关管Q1为NPN型三极管，开关管Q1的控制端、输入端以及输出端分别为NPN型三极管的基极、集电极以及发射极；开关管Q1或为N沟道MOS管，开关管Q1的控制端、输入端以及输出端分别为N沟道MOS管的栅极、漏极以及源极。
在优选的实施例中，输入控制单元200还包括第一滤波电容C1和第三电阻R3。第一滤波电容C1的第一端与第一电阻R1的第一端连接，第一滤波电容C1第二端接地，第三电阻R3的第一端与第一电源Vcc1连接，第三电阻R3的第二端与光电耦合单元300的正输入端连接。第一滤波电容C1用于对外部输入的电平信号IN进行滤波优选地，第三电阻R3、第一电阻R1以及第二电阻R2的阻值依次递增，如此实现电平信号IN的高低电平转换。
在另一个优选的实施例中，参考图4，输出单元400包括第二滤波电容C2、第四电阻R4以及第五电阻R5。
第二滤波电容C2的连接在光电耦合单元300的两个输出端（即正输出端和负输出端）之间，第二滤波电容C2的第一端作为输出单元400的输出端输出输出信号OUT，并经第四电阻R4与第二电源连接，同时第二滤波电容C2的第一端经第五电阻R5接地，第二电容的第二端接地。
本实施方式中，第二电源Vcc2是电压为5V的直流电源。在其他实施方式中，第二电源Vcc2可以是电压为10V、12V或24V等直流电源。当外部输入电平信号IN为高电平时，光电耦合单元300导通，将输出单元400的输出端（即第二滤波电容C2的第一端）经光电耦合单元300的受光器直接接地，使得输出单元400的输出端输出的输出信号OUT电平被拉低，实现了电平信号IN的转换；当外部输入电平信号IN为低电平时，光电耦合单元300不工作，输出单元400的输出端（即第二滤波电容C2的第一端）的电压与该第五电阻R5上加载的电压相等，使得输出单元400的输出端输出的输出信号OUT电平被拉高，实现了电平信号IN的转换。
在优选的实施例中，输出单元400还包括发光二极管D1，发光二极管D1的阳极与第二滤波电容C2的第一端连接，发光二极管D1的阴极经第五电阻R5接地。发光二极管D1用于呈现输出信号OUT的高电平和低电平指示的，即当输出单元400的输出端为高电平时，发光二极管D1的上加载的电压达到工作电压即发光，若当输出单元400的输出端为低电平时，发光二极管D1的上加载的电压为达到工作电压即不发光。第五电阻R5的限流作用可以控制发光二极管D1的亮度，发光二极管D1作为指示灯用于为输出端输出的输出信号OUT如实显示传感器的工作状态。
下面将结合一个实施例说明电平隔离转换电路10的工作原理。
例如，电平信号IN是由传感器100输出的，传感器100选用被遮挡时（ON）的NPN输出型光电传感器100，传感器100的输出信号OUT即为输入控制单元200的输入的电平信号IN。当传感器100未被遮挡时，处于OFF状态，其传感器主电路（图未标）不导通，则此时的电平信号IN为高电平；而当传感器100被遮挡时，传感器100处于ON状态，传感器主电路工作，的电平信号IN的电平被拉低，变为低电平。传感器100用于控制电平信号IN电平的高、低翻转。
传感器100输出电平信号IN，输出信号OUT为经过隔离转换后最终需要得到的电平信号IN。
传感器100未遮挡处于OFF时，即电平信号IN为高电平，输入控制单元200中开关管Q1工作，电流从第一电源流经第三电阻R3，再经过光电耦合器单元300的两个输入端，最后流经开关管Q1接地，在输入控制单元200中形成回路。因光电耦合器单元300的两个输入端导通，则输出端也同时导通，电平信号IN的“电-光-电”隔离转换完成。输出单元400中，电流从第二电源Vcc2流经第四电阻R4，再经过光电耦合器单元300的两个输出端，接着流到地，形成回路。此时，输出信号OUT的电平为低电平，发光二极管D1指示灯不工作。
传感器100被遮挡处于ON时，即电平信号IN为低电平，输入控制单元200中开关管Q1停止工作；光电耦合器单元300的两个输入端因开关管Q1停止工作而关闭，则输出端也同时关闭，没有形成电平信号IN的“电-光-电”隔离转换。输出单元400中，电流从第二电源Vcc2流经第四电阻R4，经过发光二极管D1指示灯、第五电阻R5后接地，形成回路。此时，输出信号OUT的电平为高电平，且发光二极管D1指示灯工作发光形成显示信号。
综上所述，电平隔离转换电路10实现了当传感器100未遮挡处于OFF时，即电平信号IN为高电平，光电耦合单元300实现“电-光-电”隔离转换，输出单元400的输出信号OUT转变为低电平，发光二极管D1指示灯不工作；当传感器100被遮挡处于ON时，即电平信号IN为低电平，光电耦合单元300不工作，输出单元400的输出信号OUT为高电平，发光二极管D1指示灯发光工作，实现了电平的转换隔离，同时也避免了使用反相器进行电平转换而导致信号延迟的问题。
此外还提供了一种传感器输出电平隔离转换电路，用于对传感器100输出的电平信号进行隔离转换，传感器输出电平隔离转换电路包括电平隔离转换电路10，上述的电平隔离转换电路10，电平隔离转换电路10的结构及其功能原理如上所述，这里不再赘述。
此外还提供了一种电平隔离转换设备，其用于接收外部电平信号IN并实现电平的隔离和转换，所述电平隔离转换设备包括上述的电平隔离转换电路10。电平隔离转换电路10的结构及其功能原理如上所述，这里不再赘述。
上述传感器输出电平隔离转换电路及电平隔离转换设备通过输入控制单元200将外部传感器100输入的电平信号进行电平转换并输出控制信号控制光电耦合单元300工作，光电耦合单元300将该电路的输入电平信号进行抗扰隔离，并控制输出单元400输出与外部输入的电平信号电平相反的输出信号并呈现输出电平的电平指示，实现了电平的转换隔离，同时也避免了使用反相器进行电平转换而导致信号延迟的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电平隔离转换电路，用于接收外部输入的电平信号并实现电平的隔离和转换，其特征在于，所述电平隔离转换电路包括：依次连接的将所述电平信号进行电平转换并输出控制信号的输入控制单元、根据所述控制信号工作并对所述控制信号进行抗扰隔离的光电耦合单元以及输出与所述电平信号电平相反的输出信号的输出单元。
2.如权利要求1所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述输入控制单元包括第一电阻、第二电阻和开关管，其中，
所述第一电阻的第一端作为所述输入控制单元的输入端与第二电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与第一电源连接，所述第二电阻的第二端与所述开关管的控制端连接，所述开关管的输入端作为所述输入控制单元的输出端与所述光电耦合单元的负输入端连接，所述开关管的输出端接地。
3.如权利要求2所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述输入控制单元还包括第一滤波电容和第三电阻，所述第一滤波电容的第一端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一滤波电容的第二端接地，所述第三电阻的第一端与所述第一电源连接，所述第三电阻的第二端与所述光电耦合单元的正输入端连接。
4.如权利要求1、2或3所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述输出单元包括第二滤波电容、第四电阻以及第五电阻，其中，
所述第二滤波电容的连接在所述光电耦合单元的两个输出端之间，所述第二滤波电容的第一端作为所述输出单元的输出端经所述第四电阻与第二电源连接，并经所述第五电阻接地，所述第二电容的第二端接地。
5.如权利要求4所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述输出单元还包括用于呈现所述输出信号的高电平和低电平指示的发光二极管，所述发光二极管的阳极与所述第二滤波电容的第一端连接，所述发光二极管的阴极经所述第五电阻接地。
6.如权利要求3所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述第三电阻、第一电阻以及第二电阻的阻值依次递增。
7.如权利要求2、3和6任一项所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述开关管为NPN型三极管，所述开关管的控制端、输入端以及输出端分别为所述NPN型三极管的基极、集电极以及发射极。
8.如权利要求2、3和6任一项所述的电平隔离转换电路，其特征在于，所述开关管为N沟道MOS管，所述开关管的控制端、输入端以及输出端分别为所述N沟道MOS管的栅极、漏极以及源极。
9.一种传感器输出电平隔离转换电路，用于对传感器输出的电平信号进行隔离转换，其特征在于，所述传感器输出电平隔离转换电路包括如权利要求1至7所述的电平隔离转换电路。
10.一种电平隔离转换设备，用于接收外部电平信号并实现电平的隔离和转换，其特征在于，所述电平隔离转换设备包括如权利要求1至7所述的电平隔离转换电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518000 Shenzhen Province, Nanshan District high tech park, North West New Road, No. 9 Applicant after: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD. Applicant after: Shenzhen Dazu Digital Control Science & Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Shenzhen Province, Nanshan District high tech park, North West New Road, No. 9 Applicant before: Dazu Laser Sci. & Tech. Co., Ltd., Shenzhen Applicant before: Shenzhen Dazu Digital Control Science & Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: DAZU LASER SCI. + TECH. CO., LTD., SHENZHEN TO: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200721 Address after: 518000 workshop 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 518000 No. 9 West West Road, Nanshan District hi tech park, Shenzhen, Guangdong Co-patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518000 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, No.3 Factory building, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Han's CNC Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, No.3 Factory building, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |