CN104767511B - 一种二线制磁开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制元件的电路技术领域，尤其涉及一种二线制磁开关电路，该电路主要由瞬态抑制二极管、开关晶体管、发光二极管、磁感应芯片等元件组成，实现了包括二线制磁开关电路开关信号输入，电流输出、过流保护，电源错接、乱接、过压保护，具有输出信号平稳、低漏电流和使用寿命较长等功能。

Description

一种二线制磁开关电路

技术领域

本发明涉及自动化控制元件的电路技术领域，尤其涉及一种二线制磁开关电路。

背景技术

随着国家工业的飞速发展，产品装配自动化程度越来越高，配套半自动化及全自动化流水线设备得到相当迅猛的发展，而气缸位置开关运用于各工步之间的动作控制，真正实现产品装配机械自动化控制，提高了生产效率、确保生产安全。二线制磁开关具有良好的性能指标，其主要用来检测执行机构(如气缸活塞)位置，当执行机构来回动作时，电路就把该动作转化为电流开关信号输出，并且具有更好的电路保护措施。

目前，运用于气缸位置开关领域主要有三线制NPN型、PNP型和两线制型。触点类型分为机械触点式和电子无触点式。针对有触点磁簧管型位置开关，一致性和动作寿命受限，所以电子无触点式二线制磁开关电路位置开关有其市场需求。

参照图1，两线制有触点磁簧型位置开关存在使用寿命短；在开闭时产生的弹动，会造成输出信号有振荡的现象，限制了高频率动作应用；由于对能流过舌簧接点的电流存在拉电弧的现象，不能进行大容量的开闭；由于舌簧接点材料的磁滞特性，ON/OFF磁场的数值不同，从而产生了磁滞区间ON/OFF的位置差，磁滞距离长；舌簧接点开闭次数增加和触点拉弧作用下，会减低开关的使用寿命；由舌簧接点和玻璃环氧树脂电路板为基础简单构成，对于机械式的振动、冲击的耐性不理想，同时市场上已有的二线制产品不具备短路保护能力等诸多缺陷。

因此，开发出一种符合现代市场需求且可以实现工业化控制的二线制磁开关电路成为本领域技术人员致力于研究的方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种二线制磁开关电路，该电路主要由瞬态抑制二极管、开关晶体管、发光二极管、磁感应芯片等其他元件组成，实现了包括二线制磁开关电路开关信号输入，电流输出、过流保护，电源错接、乱接、过压保护等功能。

本发明实现上述技术方案具体为：

一种二线制磁开关电路，其中，所述电路包括：

正向输出端、负向输出端、磁感应芯片N1、驱动晶体管V4、电阻R2、发光二极管V1、开关晶体管V5、电阻R5、二极管V7和过流保护芯片N2，且所述磁感应芯片N1具有供电端口、回流端口和输出端口，过流保护芯片N2具有控制端口、过载保护端口和两个检测端口；

所述正向输出端分别与所述开关晶体管V5的源极和所述供电端口连接，且该正向输出端还依次通过串联的发光二极管V1和电阻R2分别与所述驱动晶体管V4的漏极及所述开关晶体管V5的栅极连接，所述驱动晶体管V4的源极与所述输出端口连接；

所述负向输出端分别与所述回流端口和所述过载保护端口连接，且该负向输出端还依次通过串联的二极管V7和电阻R5连接至所述开关晶体管V5的漏极；

其中，所述两个检测端口分别与所述电阻R5的两端连接，所述控制端口还分别与所述供电端口和所述驱动晶体管V4的栅极连接，所述供电端口输出控制信号以控制所述驱动晶体管V4的开关状态。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，还包括稳压二极管V6、电容C2；

所述稳压二极管V6和电容C2并联连接以构成滤波电路，所述供电端口和所述回流端口还分别与所述电容C2的两端连接。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述控制端口通过一电阻R6与所述供电端口连接，所述驱动晶体管V4的源极通过一电阻R1与所述输出端口连接。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述过载保护端口通过一电容C1与所述负向输出端连接。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述负向输出端与所述正向输出端之间连接有一瞬态抑制二极管V3。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述瞬态抑制二极管V3与所述负向输出端之间共有节点B1，所述节点B1与所述负向输出端之间串联一二极管V2。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述磁感应芯片N1的最低供电电压小于3V。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述过流保护芯片N2的响应频率大于10KHz。

较佳的，上述的二线制磁开关电路，其中，所述供电端口与所述正向输出端共有节点B2，所述发光二极管V1与所述正向输出端共有节点B3，所述节点B2和所述节点B3间串联有电阻R3。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明公开了一种二线制磁开关电路，该电路主要由瞬态抑制二极管、开关晶体管、发光二极管、磁场感应开关元件等元件组成，实现了包括二线制磁开关电路开关信号输入，电流输出、过流保护，电源错接、乱接、过压保护、输出信号平稳、低漏电流等功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是两线制有触点磁簧型位置开关电路的结构示意图；

图2是本发明中二线制磁开关电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

为解决现有技术中有触点磁簧管型位置开关的一致性和动作寿命受限，同时市场上已有的二线制产品不具备短路保护能力等诸多缺陷，本发明提供了一种二线制磁开关电路，如图2所示，该电路由瞬态抑制二级管，过流保护芯片(过流保护IC)，驱动晶体管，开关晶体管，发光二极管，磁感应芯片(磁场感应开关元件)，稳压二极管，电容，若干电阻(包括取样电阻)组成。实现了包括二线制磁开关电路开关信号输入，电流输出、过流保护，电源错接、乱接、过压保护等功能。当外部磁场达到磁场感应开关元件的动作磁场强度时，开关晶体管导通，发光二极管指示灯亮，驱动晶体管导通，形成电流输出环路，过流保护IC通过监视取样电阻电压，当取样电阻电压过高时，过流保护IC导通，拉低磁场感应开关元件信号输出，实现打嗝式过流保护作用。该电路实现了机械位置变化转化为电信号输出，同时具有过压保护、错接、乱接及信号平稳、低漏电流等特点。

如图2所示的二线制磁开关电路，该电路运用于工业自动化控制领域用的气缸位置开关。用来检测执行机构(如气缸活塞)位置的，执行机构来回动作时，该电路就把该动作转化为电流开关信号输出，该二线制磁开关电路具体为：正向输出端、负向输出端、磁感应芯片N1、驱动晶体管V4、电阻R2、发光二极管V1、开关晶体管V5、电阻R5、二极管V7和过流保护芯片N2。

其中，磁感应芯片N1具有供电端口(即A端口)、回流端口(即B端口)和输出端口(即C端口)，过流保护芯片N2具有控制端口(即F端口)、过载保护端口(即G端口)和两个检测端口(即D、E端口)。

正向输出端分别与开关晶体管V5的源极和供电端口连接，且该正向输出端还依次通过串联的发光二极管V1和电阻R2分别与驱动晶体管V4的漏极及开关晶体管V5的栅极连接；驱动晶体管V4的源极通过一电阻R1与输出端口连接。其中，正向输出端正向连接发光二极管V1，即正向输出端连接发光二极管V1的阳极，发光二极管V1的阴极连接到电阻R2。

优选的，该电路还包括稳压二极管V6、电容C2；稳压二极管V6和电容C2并联连接以构成滤波电路，供电端口和回流端口还分别与电容C2的两端连接。

负向输出端分别与回流端口和过载保护端口连接，且该负向输出端还依次通过串联的二极管V7和电阻R5连接至开关晶体管V5的漏极。其中，负向输出端反向连接二极管V7，即负向输出端连接二极管V7的阴极，二极管V7的阳极连接到电阻R5。

优选的，在本发明的实施例中，两个检测端口分别与电阻R5的两端连接，控制端口还分别与供电端口和驱动晶体管V4的栅极连接，供电端口输出控制信号以控制驱动晶体管V4的开关状态，其中，控制端口通过一电阻R6与供电端口连接，且电阻R5作为过载电流检测器件(取样电阻)，按最大驱动电流发生保护动作，作为设置阻值。

在本发明的实施例中，过流保护芯片N2通过两个检测端口进行电阻R5两端电压的检测，实现输出电流检测，过流保护芯片N2用于判断是否过流，并通过控制端口输出切断V4的输入信号，具备响应频率大于10Khz，输入内阻r大于电阻R5阻值的100倍以上的要求，以减少对电阻R5的耦合。其中，设计二极管V7作为过载检测回差器件，设计过流保护芯片N2输出切断驱动晶体管V4作为切断开关晶体管V5的方式。

优选的，过流保护芯片N2的过载保护端口通过一电容C1与负向输出端连接，正向输出端和负向输出端之间连接有一瞬态抑制二极管V3(具体为正向输出端连接至瞬态抑制二极管V3的阴极、负向输出端连接至瞬态抑制二极管V3的阳极)。所述瞬态抑制二极管V3与负向输出端之间共有节点B1，节点B1通过正向串联一二极管V2与负向输出端连接。

优选的，供电端口与正向输出端共有节点B2，发光二极管V1与正向输出端共有节点B3，节点B2和节点B3间串联有电阻R3。

工作时，本产品处于4V～36V间供电范围且由V6、R3、C2构成限压电路给N1供电。无有效磁动作信号时，N1输出使驱动晶体管V4关断，发光二极管指示灯熄灭，开关晶体管V5关断。发生有效磁动作信号时(或外部磁场达到磁感应芯片的动作磁场强度时)，N1通过供电端口输出低电平，触发驱动晶体管V4，发光二极管的指示灯点亮，开关晶体管V5开通。

在该过程中，优选的，N1和N2选用uA级极低功耗磁感应芯片，驱动晶体管V4选用高输入阻抗的MOS晶体管，各晶体管采用MOS工艺，综合漏电流小，从而扩大了用户负载范围；稳压二极管V6选用范围为3～6V，其与电阻R3、电容C2共同组成限压及滤波电路，以来实现宽范围电压范围适应性，同时实现微功耗效果。

另外，磁感应芯片N1的最低供电电压需小于3V，来保证产品开通时压降能使磁感应芯片N1正常工作。磁感应芯片N1的最高供电电压由V6提供限压，但在产品未开通时，V6的消耗电流不应大于产品的最大静态漏工作电流。电阻R1作为发光二极管恒定和最大电流限制电阻，电阻最小时应保护N1输出不损坏，V5不发生过度开通引起产品供电不足；电阻最大时应保证产品输出电流能力覆盖设计最大驱动能力范围，发光二极管发光正常，产品最大压降小于设计要求，一定程度上提高了电路使用寿命。

因MOS晶体管源极连接N1输出，栅极也经过电阻R6连接N1供电的方式，实现了从低电压信号驱动高电压负载的电平转移电路。

该电路驱动发光二极管V1，实现动作指示功能，并且采用电阻R1，结合V4晶体管构成开关恒流电路，实现V1、R2的电压降稳定可控，为V5的饱和度(或称开通度)控制提供关键条件，同时保护N1不至于在负载短路时发生过载故障的发生。

开关晶体管V5开通后，电流流经外部负载、供电电源、取样电阻R5、二极管V7、V2形成电流环路，过流保护芯片N2通过检测端口对电阻R5端的电压来监测输出电流情况，当输出电流过大时，过流保护芯片N2导通，其内部的比较电路输出翻转，通过控制端口短接V4的栅极端输出信号，使开关晶体管V5关闭，环路电流切断。其中C1作为动作保持电容，决定关闭的延续时间，V7作为动作回差电压设定，形成持续间断的打嗝式输出电流。实现由机械位置变化转化为电信号输出，同时具有过压保护、错接、乱接及信号平稳、低漏电流等特点。

在本发明的实施例中，优选的，电容C1作为打嗝电路延时保持器件，要求漏电小，容值最小时应保证打嗝输出平均功率不超过输出晶体管V5的功率限制，容值最大时应保证产品恢复速度或响应速度要求。

综上所述，本发明公开了一种二线制磁开关电路，该电路主要由瞬态抑制二极管、开关晶体管、发光二极管、磁感应芯片等元件组成，实现了包括二线制磁开关电路开关信号输入，电流输出、过流保护，电源错接、乱接、过压保护，具有输出信号平稳、低漏电流和使用寿命较长等功能。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种二线制磁开关电路，其特征在于，所述电路包括：

正向输出端、负向输出端、磁感应芯片N1、驱动晶体管V4、电阻R2、发光二极管V1、开关晶体管V5、电阻R5、二极管V7和过流保护芯片N2，且所述磁感应芯片N1具有供电端口、回流端口和输出端口，过流保护芯片N2具有控制端口、过载保护端口和两个检测端口；

所述正向输出端分别与所述开关晶体管V5的源极和所述供电端口连接，且该正向输出端还依次通过串联的发光二极管V1和电阻R2分别与所述驱动晶体管V4的漏极及所述开关晶体管V5的栅极连接，所述驱动晶体管V4的源极与所述输出端口连接；

所述负向输出端分别与所述回流端口和所述过载保护端口连接，且该负向输出端还依次通过串联的二极管V7和电阻R5连接至所述开关晶体管V5的漏极；

其中，所述两个检测端口分别与所述电阻R5的两端连接，所述控制端口还分别与所述供电端口和所述驱动晶体管V4的栅极连接，所述供电端口输出控制信号以控制所述驱动晶体管V4的开关状态。

2.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，还包括稳压二极管V6、电容C2；

所述稳压二极管V6和电容C2并联连接以构成滤波电路，所述供电端口和所述回流端口还分别与所述电容C2的两端连接。

3.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述控制端口通过一电阻R6与所述供电端口连接，所述驱动晶体管V4的源极通过一电阻R1与所述输出端口连接。

4.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述过载保护端口通过一电容C1与所述负向输出端连接。

5.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述负向输出端与所述正向输出端之间连接有一瞬态抑制二极管V3。

6.如权利要求5所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述瞬态抑制二极管V3与所述负向输出端之间共有节点B1，所述节点B1与所述负向输出端之间串联一二极管V2。

7.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述磁感应芯片N1的最低供电电压小于3V。

8.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述过流保护芯片N2的响应频率大于10KHz。

9.如权利要求1所述的二线制磁开关电路，其特征在于，所述供电端口与所述正向输出端共有节点B2，所述发光二极管V1与所述正向输出端共有节点B3，所述节点B2和所述节点B3间串联有电阻R3。