CN106953629A - 隔离型数字输入电路 - Google Patents

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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/017509—Interface arrangements
    • H03K19/017536—Interface arrangements using opto-electronic devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching

Abstract

本公开涉及一种隔离型数字输入电路。本公开隔离型数字输入电路，包括：输入电压阈值设定电路、光耦驱动电路及光耦隔离电路；其中，所述输入电压阈值设定电路用于根据输入电压产生输入至所述光耦驱动电路的第一电压；所述光耦驱动电路用于根据所述第一电压与电压比较器内置参考电压的比较结果控制所述光耦隔离电路的通断；所述光耦隔离电路用于不通电压间的电气隔离和信号传输，并产生输出电压。本公开通过电压比较器设定输入电压的动作阈值及控制光耦的通断，使得在输入电压的动作阈值附近，光耦处于放大状态的时间缩短，开关速度更快，实现了输入电压的动作阈值的精确设置，避免了输入电压的动作阈值受光耦特性的影响。

Description

隔离型数字输入电路
技术领域
本公开涉及输入电路，具体涉及一种隔离型数字输入电路。
背景技术
数字输入电路是工业控制器中常用的一种输入电路，多用于不同电压间的电气隔离和信号传输。
图1为相关技术中的数字输入电路，参照图1，数字输入电路由电阻R10、R9、滤波电容C2、光耦U4以及输出上拉电阻R11组成。光耦是模拟器件，在从关闭到开通的过程中，光耦的输出端从截止状态进入到放大状态；随着输入电压VIN的增加，输出电压VO逐渐减少到一个固定的值，此时光耦的输出端进入饱和状态。实际应用中，当输入电压VIN处于动作阈值附近时，光耦U1进入线性放大状态，输出电压VO＝VCC-B×((VIN-VF)/R10-VF/R9)，其中VCC为控制电压，VF为光耦U4内发光二极管两端的电压，B为光耦的放大系数。如果输出电压VO已给定，那么输入电压VIN＝(VCC-VO)/B×R10+VF+VF×R10/R9。
但是，由于制造的原因，光耦的放大系数B很难保证完全一致，并且光耦内发光二极管两端的电压VF随着温度和电流会产生变化，因此很难精确地确定出输入电压VIN的动作阈值，当输入电压VIN处于动作阈值附近时，光耦进入线性放大区间，光耦内的发光二极管电压随输入电压变化，输出电压VO线性变化，输出逻辑状态不确定，开关速度慢。
发明内容
本公开的目的是提供一种隔离型数字输入电路，该隔离型数字输入电路实现了输入电压的动作阈值的精确设置，避免了输入电压的动作阈值受光耦特性的影响。
为了实现上述目的，本公开提供一种隔离型数字输入电路，包括：输入电压阈值设定电路、光耦驱动电路及光耦隔离电路；
其中，所述输入电压阈值设定电路用于根据输入电压产生输入至所述光耦驱动电路的第一电压；
所述光耦驱动电路用于根据所述第一电压与电压比较器内置参考电压的比较结果控制所述光耦的通断；
所述光耦隔离电路用于不通电压间的电气隔离和信号传输，并产生输出电压。
所述输入电压阈值设定电路包括第一电阻R1、第二电阻R2及滤波电容，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联，所述滤波电容C1和所述第二电阻R2并联；
所述光耦驱动电路包括串联的第三电阻R3、第四电阻R4及电压比较器，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4用于为所述电压比较器提供工作电源，并且所述第三电阻R3在光耦U1开通时限制所述光耦U1的输入电流；所述电压比较器的输入脚R连接至所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间，所述电压比较器的A脚接地；
所述光耦隔离电路包括光耦U1和第五电阻R5，所述光耦U1的输入端与所述电压比较器的K脚连接，所述光耦U1的输出端与所述第五电阻R5连接。
所述电压比较器用于比较所述第一电压和所述电压比较器内置参考电压，当所述第一电压不低于所述内置参考电压时，所述电压比较器的K脚和A脚导通，使得所述光耦U1导通；当所述第一电压低于所述电压比较器内置参考电压时，所述电压比较器的K脚和A脚不导通，使得所述光耦U1关闭。
所述电压比较器为可控精密稳压源TL431。
可选的，所述输入电压阈值通过以下公式计算：
VIN＝V1×(R1+R2)/R2
其中，VIN为所述输入电压，V1为所述第一电压，R1为所述第一电阻R1的阻值，R2为所述第二电阻R2的阻值。
可选的，所述输入电压的动作阈值为当所述第一电压与所述电压比较器内置参考电压相等时计算得出的电压值。
通过上述技术方案，本公开通过电压比较器设定输入电压的动作阈值及控制光耦的通断，使得在输入电压的动作阈值附近，光耦处于放大状态的时间缩短，开关速度更快，实现了输入电压的动作阈值的精确设置，避免了输入电压的动作阈值受光耦特性的影响。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是相关技术中的数字输入电路。
图2是根据一示例性实施例示出的一种隔离型数字输入电路的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种隔离型数字输入电路的框图。
图4是根据一示例性实施例示出的电压比较器(可控精密稳压源TL431)的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图2是根据一示例性实施例示出的一种隔离型数字输入电路的框图。该隔离型数字输入电路包括：输入电压阈值设定电路、光耦驱动电路及光耦隔离电路；其中，输入电压阈值设定电路用于根据输入电压产生输入至光耦U1驱动电路的第一电压；光耦U1驱动电路用于根据第一电压与电压比较器内置参考电压的比较结果控制光耦U1隔离电路的通断；光耦U1隔离电路用于不通电压间的电气隔离和信号传输，并产生输出电压。参照图2，输入电压阈值设定电路包括第一电阻R1、第二电阻R2及滤波电容C1，第一电阻R1和第二电阻R2串联，滤波电容C1和第二电阻R2并联；光耦驱动电路包括串联的第三电阻R3、第四电阻R4及电压比较器，电压比较器的输入脚R连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间，电压比较器的A脚接地；光耦隔离电路包括光耦U1和第五电阻R5，光耦U1的输入端与电压比较器的K脚连接，光耦U1的输出端与第五电阻R5连接。输入电压VIN与第一电阻R1和第三电阻R3连接，输出电压VO连接至第五电阻R5和光耦U1的输出端之间，第五电阻R5的另一端连接控制电源VCC。
本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2之间的电压输入至光耦驱动电路，即该电压输入至电压比较器的输入端R，即为上述第一电压V1，根据电路原理V1＝R2/(R1+R2)×VIN，可以得出输入电压的计算公式VIN＝V1×(R1+R2)/R2。电压比较器比较第一电压V1和电压比较器内置参考电压Vref，参考图3；当第一电压V1不低于电压比较器内置参考电压Vref时，电压比较器的K脚和A脚导通，当第一电压V1低于电压比较器内置参考电压Vref时，电压比较器的K脚和A脚不导通，输入电压VIN的动作阈值VIN_threshold为当第一电压V1与电压比较器内置参考电压Vref相等时计算得出的电压值，即VIN_threshold＝Vref×(R1+R2)/R2。优选的，可以将电压比较器内置参考电压Vref设置为2.5V，则
VIN_threshold＝2.5×(R1+R2)/R2
相应的，当输入电压VIN不低于输入电压的动作阈值VIN_threshold时，第一电压V1不低于电压比较器内置参考电压Vref，此时电压比较器的K脚和A脚导通，使得电流流过光耦U1内的发光二极管，光耦U1输出端的两个引脚导通，输出电压VO输出低电平；当输入电压VIN低于输入电压的动作阈值VIN_threshold时，第一电压V1低于电压比较器内置参考电压Vref，此时电压比较器的K脚和A脚不导通，使得光耦U1内的发光二极管关闭，光耦U1输出端的两个引脚断开，输出电压VO输出高电平。
本实施例，通过电压比较器设定输入电压的动作阈值及控制光耦的通断，使得在输入电压的动作阈值附近，光耦处于放大状态的时间缩短，开关速度更快，实现了输入电压的动作阈值的精确设置，避免了输入电压的动作阈值受光耦特性的影响。
图3是根据一示例性实施例示出的一种隔离型数字输入电路的框图。参照图3，在图2所示基础上，电压比较器可以是可控精密稳压源TL431，图4是根据一示例性实施例示出的电压比较器(可控精密稳压源TL431)的框图。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (6)

1.一种隔离型数字输入电路，其特征在于，包括：输入电压阈值设定电路、光耦驱动电路及光耦隔离电路；
其中，所述输入电压阈值设定电路用于根据输入电压产生输入至所述光耦驱动电路的第一电压；
所述光耦驱动电路用于根据所述第一电压与电压比较器内置参考电压的比较结果控制所述光耦隔离电路的通断；
所述光耦隔离电路用于不通电压间的电气隔离和信号传输，并产生输出电压。
2.根据权利要求1所述的隔离型数字输入电路，其特征在于，所述输入电压阈值设定电路包括第一电阻R1、第二电阻R2及滤波电容C1，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联，所述滤波电容C1和所述第二电阻R2并联；
所述光耦驱动电路包括串联的第三电阻R3、第四电阻R4及电压比较器，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4用于为所述电压比较器提供工作电源，并且所述第三电阻R3在光耦U1开通时限制所述光耦U1的输入电流；所述电压比较器的输入脚R连接至所述第一电阻R1和所述第二电阻R2之间，所述电压比较器的A脚接地；
所述光耦隔离电路包括光耦U1和第五电阻R5，所述光耦U1的输入端与所述电压比较器的K脚连接，所述光耦U1的输出端与所述第五电阻R5连接。
3.根据权利要求2所述的隔离型数字输入电路，其特征在于，所述电压比较器用于比较所述第一电压和所述电压比较器内置参考电压，当所述第一电压不低于所述电压比较器内置参考电压时，所述电压比较器的K脚和A脚导通，使得所述光耦U1导通；当所述第一电压低于所述电压比较器内置参考电压时，所述电压比较器的K脚和A脚不导通，使得所述光耦U1关闭。
4.根据权利要求2或3所述的隔离型数字输入电路，其特征在于，所述电压比较器为可控精密稳压源TL431。
5.根据权利要求1所述的隔离型数字输入电路，其特征在于，所述输入电压阈值通过以下公式计算：
VIN＝V1×(R1+R2)/R2
其中，VIN为所述输入电压，V1为所述第一电压，R1为所述第一电阻R1的阻值，R2为所述第二电阻R2的阻值。
6.根据权利要求5所述的隔离型数字输入电路，其特征在于，所述输入电压的动作阈值为当所述第一电压V1与所述电压比较器内置参考电压相等时计算得出的电压值。
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