CN103929171A - 一种pnp、npn负载转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PNP、NPN负载转换电路，包括传感器，传感器连接有一检测转换电路；检测转换电路内包含有程序控制电路、电源电路、1功能模块和2功能模块；1功能模块与2功能模块相同，且1功能模块包括输出驱动电路、负载状态监测电路和负载接法检测电路；程序控制电路内设有控制芯片。本发明可集成在传感器内部，满足产品、设备微型化的发展需要；也可做成附件形式安装在现有传感器的外部，以满足现有传感器的使用要求，且本装置可自动调整接线以适应NPN型或PNP型的负载，不仅能对PLC输入进行自动调整，还能对电阻性、电感性负载直接驱动，解决了人们在使用PNP(或者NPN)传感器时还需要附加外置继电器的麻烦，提高了PNP和NPN传感器的通用性。

Description

一种PNP、NPN负载转换电路

技术领域

本发明涉及三线制接近开关技术领域，具体地说是一种PNP、NPN负载转换电路。

背景技术

在电子控制、PLC控制和传感器控制领域，经常遇到PNP、NPN型接近开关结构，也即PNP与NPN型传感器，PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态的电平，因此PNP与NPN型传感器属于开关型传感器，但PNP型传感器和NPN型传感器输出信号是截然相反的，PNP型传感器输出高电平1，NPN型传感器输出低电平0。两者的接线不能通用，在接线过程中如果出现接线失误将会造成的一定的损失，轻者要重新拆卸、安装相关设备，重者往往是损坏机器，影响生产工作的有序进行。为了保证接线正确，往往接线完毕，还要重复检查，浪费了大量工作时间，降低了工作效率。

当遇到需要PNP(或者NPN)传感器，而仓库只有NPN(或者PNP)传感器的情况下，一般还要在后续电路中增加一个继电器进行二次转换。但是继电器占用空间，不适用于狭小安装空间条件下使用。

申请号为ZL201310525668.3的中国专利公开了一种NPN/PNP开关量信号转换器，它由NPN电流信号转PNP电压信号电路、PNP电流信号转NPN电压信号电路、输入信号通道选择电路和输出信号通道选择电路组成，能将NPN/PNP电平信号转换成PNP/NPN电平信号，但是其仍然采用了外加继电器的方式信号进行转化，且其只适用于对PLC的输入信号进行转换，应用范围较为狭窄。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种PNP、NPN负载转换电路。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

一种PNP、NPN负载转换电路，包括传感器，所述传感器连接有一检测转换电路；所述检测转换电路内包含有程序控制电路、电源电路、1功能模块和2功能模块，检测转换电路可内置于传感器内，以便缩小装置整体所占空间，检测转换电路可利用程序控制电路检测所接传感器是NPN型还是PNP型，然后通过1功能模块和2功能模块检测负载类型，根据负载的类型自动变换传感器为NPN型输出或为PNP型输出；所述1功能模块与2功能模块相同，且1功能模块包括控制NPN型电平信号或PNP型电平信号输出的输出驱动电路、监测负载是否短路的负载状态监测电路和用于检测负载接线类型的负载接法检测电路；所述程序控制电路内设有控制芯片，控制芯片根据各监测电路和检测电路的信号控制各检测电路或监测电路的开闭。

所述输出驱动电路包括NPN模式连通电路和PNP模式连通电路；所述NPN模式连通电路的中部设有一号单向二极管和一号驱动电阻；所述PNP模式连通电路的中部设有二号单向二极管和二号驱动电阻；NPN模式连通电路、PNP模式连通电路的右侧分别对应连接有NPN型三极管、PNP型三极管，NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端共同连接有取样电阻；所述取样电阻的右端设有用于连接负载或受控设备的一号接线端；

所述负载接入后，若控制芯片检测到取样电阻的一号接线端为高电平，可以判断负载为NPN接法，故程序自动进入NPN控制段，一号单向二极管左侧设有的一号左端口驱动激活，二号单向二极管左侧设有的二号左端口驱动则停止，当传感器给控制信号时，一号左端口接受信号，则NPN型三极管动作，因此负载与电源负极连通，负载动作，完成NPN功能，也即使传感器变为NPN型传感器；

所述负载接入后，若控制芯片检测到取样电阻的一号接线端为低电平，可以判断负载为PNP接法，故程序自动进入PNP控制段，二号左端口驱动激活，一号左端口驱动则停止，当传感器给控制信号时，二号左端口接受信号，则PNP型三极管动作，因此负载由电源正极供电，负载动作，完成PNP功能，也即使传感器变为PNP型传感器；

当一号左端口开通，一号单向二极管呈开状态，二号单向二极管呈闭状态；当二号左端口开通，二号单向二极管呈开状态，一号单向二极管呈闭状态；传感器的信号将通过开状态的一号单向二极管或二号单向二极管传导至NPN型三极管或PNP型三极管，然后传给一号接线端处的负载或受控设备。

所述负载状态监测电路用于监测负载或受控设备是否出现短路等状况，负载状态监测电路包括一号比较器和二号比较器；所述一号比较器的负端设有一号电阻；所述二号比较器的负端设有二号电阻；所述负载状态监测电路是个典型的窗口比较电路，当负载短路时，取样电阻上出现的电压差不在程序设定范围内，则自动关闭输出驱动电路，直到短路解除。

所述负载接法检测电路由三号单向二极管、一号分压电阻、二号分压电阻和滤波装置组成；所述一号分压电阻、二号分压电阻共同起分压作用；所述滤波装置由电容器构成。

所述取样电阻的输出端与一号比较器的负端上的一号电阻、二号比较器的负端上的二号电阻、三号单向二极管并联，取样电阻的输入端与一号比较器的正端、二号比较器的正端、NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端并联；所述控制芯片有四个输出端口与1功能模块直接相连，另有四个输出端口与2功能模块直接相连。

所述1功能模块与2功能模块输出方式相反，1功能模块可作PNP或NPN接法连通，2功能模块也可作PNP或NPN接法连通，1功能模块与2功能模块可以的单独使用，也可以组合使用，且组合使用时1功能模块与2功能模块一个为常开状态，另一个为常闭状态，以便满足人们对常开继电器、常闭继电器的变换使用要求。

所述检测转换电路内置于传感器内，与传感器共同安装，使用方便，有利于降低传感器和检测转换电路整体所占空间。

所述检测转换电路位于传感器外部的装置内，用于满足现有的无内置转换电路的传感器的使用要求，使用者可根据需要随时在传感器上另外安装一个外置的检测转换电路。

本发明的有益效果是：本发明可以采用集成在传感器内部的方式，采用柔性PCB，可以卷绕、折叠安装在传感器内部，不占用现场任何资源和空间，满足了产品、设备微型化的发展需要；也可以做成附件形式安装在现有传感器的外部结构上，以满足现有传感器的使用要求，降低本装置的应用门槛，且本装置可自动调整接线以适应NPN型或PNP型的负载，不仅能对PLC输入进行自动调整，还能对电阻性、电感性负载直接驱动，能适应更多不同的使用条件，具有广泛的使用范围，工作原理更智能化、人性化，解决了人们在使用PNP(或者NPN)传感器时还需要附加外置继电器的麻烦，提高了PNP和NPN传感器的通用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的内部电路图；

图2是本发明2功能模块的输出驱动电路；

图3是本发明2功能模块的负载状态监测电路；

图4是本发明2功能模块的负载接法检测电路；

图5是本发明功的输出驱动的PNP模式连通电路的电路图；

图6是本发明功的输出驱动的NPN模式连通电路的电路图；

图7是本发明功的程序控制电路图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1、图7所示，一种PNP、NPN负载转换电路，包括传感器，所述传感器连接有一检测转换电路；所述检测转换电路内包含有程序控制电路2、电源电路1、1功能模块3a和2功能模块3b，检测转换电路可内置于传感器内，以便缩小装置整体所占空间，检测转换电路可利用程序控制电路2检测所接传感器是NPN型还是PNP型，然后通过1功能模块3a和2功能模块3b检测负载类型，根据负载的类型自动变换传感器的信号输出为NPN型电平信号或为PNP型电平信号；所述1功能模块3a与2功能模块3b相同，且1功能模块3a包括控制NPN型电平信号输出或PNP型电平信号输出的输出驱动电路4、用于监测负载是否短路的负载状态监测电路5和用于检测负载接线类型的负载接法检测电路6；所述程序控制电路2内设有控制芯片201，控制芯片201根据各监测电路和检测电路的信号控制各检测电路或监测电路的开闭。

如图2、图5、图6所示，所述输出驱动电路4包括NPN模式连通电路和PNP模式连通电路；所述NPN模式连通电路的中部设有一号单向二极管407和一号驱动电阻408；所述PNP模式连通电路的中部设有二号单向二极管401和二号驱动电阻402；所述NPN模式连通电路、PNP模式连通电路的右侧分别对应连接有NPN型三极管409、PNP型三极管403，NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端共同连接有取样电阻404；所述取样电阻404的右端设有用于连接负载或受控设备的一号接线端a；

所述负载接入后，若控制芯片201检测到取样电阻404的一号接线端a为高电平，可以判断负载为NPN接法，故程序自动进入NPN控制段，一号单向二极管407左侧设有的一号左端口406驱动激活，二号单向二极管401左侧设有的二号左端口405驱动则停止，当传感器给控制信号时，一号左端口406接受信号，则NPN型三极管409动作，因此负载与电源负极连通，负载动作，完成NPN功能，也即使传感器变为NPN型传感器；

所述负载接入后，若控制芯片201检测到取样电阻404的一号接线端a为低电平，可以判断负载为PNP接法，故程序自动进入PNP控制段，二号左端口405驱动激活，一号左端口406驱动停止，当传感器发送控制信号时，二号左端口405接受信号，则PNP型三极管403动作，因此负载由电源正极供电，负载动作，完成PNP功能，也即使传感器变为PNP型传感器；

当一号左端口406开通，一号单向二极管407呈开状态，二号单向二极管401呈闭状态；当二号左端口405开通，二号单向二极管401呈开状态，一号单向二极管407呈闭状态；传感器的信号将通过开状态的一号单向二极管407或二号单向二极管401传导至NPN型三极管409或PNP型三极管403，然后传给一号接线端a处的负载或受控设备。

如图3所示，所述负载状态监测电路5用于监测负载或受控设备是否出现短路等状况，负载状态监测电路5包括一号比较器503和二号比较器501；所述一号比较器503的负端设有一号电阻504；所述二号比较器501的负端设有二号电阻502；所述负载状态监测电路5是个典型的窗口比较电路，当负载短路时，取样电阻404上出现的电压差不在程序设定范围内，则程序自动关闭输出驱动电路4，直到短路解除。

如图4所示，所述负载接法检测电路6由三号单向二极管601、一号分压电阻602、二号分压电阻603和滤波装置604组成；所述一号分压电阻602、二号分压电阻603共同起分压作用；所述滤波装置604由电容器构成。

所述取样电阻404的输出端与一号比较器503的负端上的一号电阻504、二号比较器501的负端上的二号电阻502、三号单向二极管601并联，取样电阻404的输入端与一号比较器503的正端、二号比较器501的正端、NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端并联；所述控制芯片201有四个输出端口与1功能模块3a直接相连，另有四个输出端口与2功能模块3b直接相连。

所述1功能模块3a与2功能模块3b输出方式相反，1功能模块3a可作PNP或NPN接法连通，2功能模块3b也可作PNP或NPN接法连通，1功能模块3a与2功能模块3b可以的单独使用，也可以组合使用，且组合使用时1功能模块3a与2功能模块3b一个为常开状态，另一个为常闭状态，以便满足人们对常开继电器、常闭继电器的变换使用要求。

所述检测转换电路内置于传感器内，与传感器共同安装，使用方便，有利于降低传感器和检测转换电路整体所占空间。

所述检测转换电路位于传感器外部的装置内，用于满足现有的无内置转换电路的传感器的使用要求，使用者可根据需要随时在传感器上另外安装一个外置的检测转换电路。

在初次使用时，控制器通电后，先初始化，以PWM(脉冲宽度调制)方式给负载供电，这种供电方式可确保负载不会动作，首先检测负载接线电平，高电平为NPN接法，低电平则为PNP接法；如果负载未接或者断开，则进入空载模式，按一定时间间隔扫描负载是否正常接入，直到负载正常接入；负载接上后，再次检测负载接线端的电平，确定负载状态后将自动记录当前的接法，并记忆到闪存标志中，以便使控制器快速进入相应的工作状态。

如果要解除当前状态，则2功能模块3b上的一号接线端a口和1功能模块3a上与一号接线端a口对应设置的二号接线端口在通电状态下短接3秒以上时间可恢复初始状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种PNP、NPN负载转换电路，包括传感器，其特征在于：所述传感器连接有一检测转换电路；所述检测转换电路内包含有程序控制电路、电源电路、1功能模块和2功能模块；所述1功能模块与2功能模块相同，且1功能模块包括输出驱动电路、负载状态监测电路和负载接法检测电路；所述程序控制电路内设有控制芯片。

2.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述输出驱动电路包括NPN模式连通电路和PNP模式连通电路；所述NPN模式连通电路的中部设有一号单向二极管和一号驱动电阻；所述PNP模式连通电路的中部设有二号单向二极管和二号驱动电阻；所述NPN模式连通电路、PNP模式连通电路的右侧分别对应连接有NPN型三极管、PNP型三极管，NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端共同连接有取样电阻；所述取样电阻的右端设有一号接线端。

3.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述负载状态监测电路包括一号比较器和二号比较器；所述一号比较器的负端设有一号电阻；所述二号比较器的负端设有二号电阻。

4.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述负载接法检测电路由三号单向二极管、一号分压电阻、二号分压电阻和滤波装置组成。

5.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述取样电阻的输出端与一号比较器的负端上的一号电阻、二号比较器的负端上的二号电阻、三号单向二极管并联，取样电阻的输入端与一号比较器的正端、二号比较器的正端、NPN模式连通电路和PNP模式连通电路的右端并联；所述控制芯片有四个输出端口与1功能模块直接相连，另有四个输出端口与2功能模块直接相连。

6.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述1功能模块与2功能模块输出方式相反，1功能模块可作PNP或NPN接法连通，2功能模块也可作PNP或NPN接法连通，且1功能模块与2功能模块一个为常开状态，另一个为常闭状态。

7.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述检测转换电路内置于传感器内。

8.根据权利要求1所述的一种PNP、NPN负载转换电路，其特征在于：所述检测转换电路位于传感器外部的装置内。