CN107272813A - 一种开关信号输入电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关信号输入电路，包括信号输入模块、自检模块和控制芯片；其中，输入信号经信号输入模块输入到控制芯片，控制芯片给出自检信号，自检信号通过自检模块对信号输入模块进行检测；如果控制芯片检测到信号输入模块的输入信号，则输入电路正常，否则输入电路故障。本发明的开关信号输入电路具有极强的抗干扰能力，可保证地铁电磁环境下可靠工作，并能不断自动检测每一路输入的工作状况，直到电路正常工作。

Description

一种开关信号输入电路
技术领域
本发明属于轨道交通电气设备技术领域，尤其涉及一种开关信号输入电路。
背景技术
近年来，由于铁路信号系统设计上的缺陷导致的铁路交通事故时有发生，轻者造成交通瘫痪，重者人员伤亡，给国家和人民造成极大的精神损失和财产损失，同时也对我国铁路建设产生了不良影响，因此铁路信号系统的安全性和可靠性成为社会关注的焦点，在铁路信号系统任一细节电路的设计都是重要的考量。
周知，地铁列车DC110V的开关信号设计对列车的安全性、数据的可靠性及电路出现小故障时的电源利用率均有较大的影响；而对于地铁列车DC110V系统而言，110V电源的I/O控制信号是随着电源电压的波动而波动的，根据行业标准，地铁车辆供电电源电压的变化范围为77V-137.5V；同时，DC110V系统的地线电压波动范围也较大，因此，输入电路很容易出现问题而无法检测到。
因此，需要设计带有自检电路的DC110V开关信号的输入电路。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种具有自检电路的开关信号输入电路。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种开关信号输入电路，包括信号输入模块、自检模块和控制芯片；其中，输入信号经信号输入模块输入到控制芯片，控制芯片给出自检信号，自检信号通过自检模块对信号输入模块进行检测；如果控制芯片检测到信号输入模块的输入信号，则输入电路正常，否则输入电路故障。
信号输入模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、电容、第一光耦隔离器和运放整形器；第二二极管和第三二极管为TVS二极管；其中，第一二极管顺序连接第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二二极管和第一光耦隔离器；第四二极管连接于第一光耦隔离器的输入端；第三二极管的反向输出端连接于第二电阻和第三电阻的连接端，第三二极管的正向输入端连接于第四二极管的正向输入端并接地；第一光耦隔离器的输出端连接第五电阻和电容构成的RC滤波，RC滤波输出连接运放整形器，运放整形器输出方波信号送到控制芯片。
自检模块包括第五二极管，三极管、第四电阻、第六电阻、第七电阻和第二光耦隔离器；其中，第二光耦隔离器的输入端一端连接控制芯片，另一端连接第七电阻；控制芯片输出自检信号至第二光耦隔离器；第二光耦隔离器的输出端一端连接第六电阻，另一端连接三极管的栅极；三极管的源极连接直流输入信号，三极管的漏极连接第五二极管；第五二极管的输出端连接于第一二极管和第一电阻的连接端；第七电阻的另一端加载VCC电压信号；VCC电压信号通过第四电阻加载到第一光耦隔离器与第五电阻的连接端。
有益效果：本发明的开关信号输入电路具有极强的抗干扰能力，可保证地铁电磁环境下可靠工作，并能不断自动检测每一路输入的工作状况，直到电路正常工作。
附图说明
图1是本发明开关信号输入电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示是本发明所述的具有自检电路的开关信号输入电路，包括信号输入模块1、自检模块2和控制芯片3，信号输入模块1将输入信号进行光电隔离及整形后输入到控制芯片3，控制芯片3给出反馈信号通过自检模块2对信号输入模块1进行检测。
该电路的有效高电压输入范围为≥70V，有效低电平输入范围为≤30V。当有信号输入时，输入电压的变化范围为77V-137.5V，考虑地线上的电压降(≤5V)，仍在有效的高电压输入电压范围，光耦饱和导通，控制芯片信号输入端点的电平为5V(高电平)。当无信号输入时，输入电压为0V，由于骚扰电压不可能超过30V，因此，光耦截止，控制芯片信号输入端点的电平为0V(低电平)。
信号输入模块1包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、电容C1、第一光耦隔离器及运放整形器。其中，第二二极管D2和第三二极管D3为TVS二极管。
第一二极管D1顺序连接第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二二极管D2和第一光耦隔离器，第四二极管D4连接第一光耦隔离器的输入端，第三二极管D3的反向输出端连接于第二电阻R2、第三电阻R3的连接端，第三二极管D3的正向输入端连接于第四二极管D4的正向输入端，并接地。第一光耦隔离器的输出端连接RC滤波，RC滤波输出连接运放整形器，运放整形器的输出方波信号送到控制芯片3。
TVS(Transient Voltage Suppressor)二极管，又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。
TVS用于浪涌和过电压保护，当正向差模浪涌和过电压输入时，TVS二极管D3导通，将控制芯片信号输入端点的电平钳位在60V；当反向差模浪涌和过电压输入时，D1承受全部反向电压；当反向工模浪涌和过电压输入时，TVS二极管D2将110V电源地与机壳的电位差钳位在-0.7V。
第四二极管D4用于光耦反向过电压保护，当电路出现反向输入电压时，D4将光电二极管的反向电压钳位在-0.7V，可有效保护光电二极管。第一光耦隔离器用于输入信号的耦合、电平转换和电气隔离，将110V开关信号转换为5V开关信号；将控制芯片的地线与110V系统的地线隔离，阻止110V系统地线上的电压波动对控制芯片的地线造成影响。电阻R5和电容C1组成RC滤波器，滤波时间常数t＝RC，可有效滤除浪涌脉冲和输入信号中的谐波电压。运放整形器用于将RC滤波输出的方波进行整形，对上升沿失真的方波进行整形，形成规则的方波信号。
自检模块2包括第五二极管D5，三极管Q1、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7和第二光耦隔离器。
第二光耦隔离器的输入端一端连接控制芯片3，一端连接第七电阻R7，控制芯片3输出输入电路自检信号，经过第二光耦隔离器。第二光耦隔离器的输出端一端连接第六电阻R6，一端连接三极管Q1的栅极，三极管Q1的源极连接DC110V信号，三极管Q1的漏极连接第五二极管D5。第五二极管D5的输出端连接于第一二极管D1和第一电阻R1的连接端。第七电阻R7的另一端加载VCC电压信号，VCC电压信号并通过第四电阻R4加载到第一光耦隔离器与第五电阻R5的连接端。
第二光耦隔离器用于输入电路自检信号的耦合、电平转换和电气隔离，系统上电后，控制芯片输出低电平，第二光耦隔离器饱和导通，三极管Q1导通，DC110V电压加在输入电路的输入口，如果，控制芯片检测到相应的输入信号，则说明输入电路正常；否则相应输入电路故障。
综上，本发明的开关信号输入电路具有极强的抗干扰能力，可保证地铁电磁环境下可靠工作，并能自动检测每一路输入的工作状况。

Claims (5)

1.一种开关信号输入电路，其特征在于：包括信号输入模块(1)、自检模块(2)和控制芯片(3)；其中，输入信号经信号输入模块(1)输入到控制芯片(3)，控制芯片(3)给出自检信号，自检信号通过自检模块(2)对信号输入模块(1)进行检测；如果控制芯片(3)检测到信号输入模块(1)的输入信号，则输入电路正常，否则输入电路故障。
2.根据权利要求1所述的开关信号输入电路，其特征在于：信号输入模块(1)包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第五电阻(R5)、电容(C1)、第一光耦隔离器和运放整形器；
其中，第一二极管(D1)顺序连接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第二二极管(D2)和第一光耦隔离器；第四二极管(D4)连接于第一光耦隔离器的输入端；第三二极管(D3)的反向输出端连接于第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的连接端，第三二极管(D3)的正向输入端连接于第四二极管(D4)的正向输入端并接地；第一光耦隔离器的输出端连接第五电阻(R5)和电容(C1)构成的RC滤波，RC滤波输出连接运放整形器，运放整形器输出方波信号送到控制芯片(3)。
3.根据权利要求2所述的开关信号输入电路，其特征在于：自检模块(2)包括第五二极管(D5)，三极管(Q1)、第四电阻(R4)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第二光耦隔离器；
其中，第二光耦隔离器的输入端一端连接控制芯片(3)，另一端连接第七电阻(R7)；控制芯片(3)输出自检信号至第二光耦隔离器；第二光耦隔离器的输出端一端连接第六电阻(R6)，另一端连接三极管(Q1)的栅极；三极管(Q1)的源极连接直流输入信号，三极管(Q1)的漏极连接第五二极管(D5)；第五二极管(D5)的输出端连接于第一二极管(D1)和第一电阻(R1)的连接端；第七电阻(R7)的另一端加载VCC电压信号；VCC电压信号通过第四电阻(R4)加载到第一光耦隔离器与第五电阻(R5)的连接端。
4.根据权利要求2所述的开关信号输入电路，其特征在于：第二二极管(D2)和第三二极管(D3)为TVS二极管。
5.根据权利要求3所述的开关信号输入电路，其特征在于：直流输入信号为DC110V信号。
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