CN109391255B - 常开常闭一体式两线接近开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明所公开的一种常开常闭一体式两线接近开关电路，包括连接线一和连接线二；整流电路；恒流驱动电路；信号放大电路；稳压电路；常开常闭转换电路；信号检测电路；连接线一和连接线二分别与整流电路的两输入端相连，整流电路的正负极分别与恒流驱动电路相连，恒流驱动电路与信号放大电路相连，信号放大电路与常开常闭转换电路相连；常开常闭转换电路与信号检测电路相连；稳压电路的输入端连接在整流电路与恒流驱动电路相连的连接线上，其两输出端分别与常开常闭转换电路和信号检测电路相连。其电路结构提升感应速度和使用寿命，且使用方便，性能稳定。

Description

常开常闭一体式两线接近开关电路

技术领域

本发明涉及一种感应开关的技术领域,尤其是一种常开常闭一体式两线接近开关电路。

背景技术

在各种自动化设备中接近开关的应用较为广泛，用于设备运行时的位置检测。

目前现有的接近开关分为无源和有源两种。无源的基本使用干簧管，用于感应磁场位置信号，但干簧管的开关由于存在机械动作，所以反应速度比较慢，同时机械触点的寿命也比较短。有源的基本为3线或更多，其中2条用于开关的供电，另外的线用于常开或常闭信号输出，目前这种开关在使用中需要提供单独的电源，在实际使用中存在以下缺陷：

1、由于目前的自动化控制系统基本由电子电路构成，常用的输入接口为光耦输入电路，这种电路分为共阴和共阳输入，如果采用现在的3线接近开关就需要在采购时指定开关的输出类型，开关输出类型错误将使电路不能正常工作。

2、由于开关的3条线中有电源线也有信号线，如果接线错误，轻则造成开关不工作，重则造成开关损坏。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种提升感应速度和使用寿命，且使用方便，性能稳定的常开常闭一体式两线接近开关电路。

本发明所涉及的常开常闭一体式两线接近开关电路，包括：

连接线一和连接线二；

整流电路，保证开关工作电路的正确极性；

恒流驱动电路，使开关始终在设计电流以下工作；

信号放大电路，对常开常闭转换电路所输出的信号进行放大并指示；

稳压电路，为常开常闭转换电路和信号检测电路提供稳定的电压；

常开常闭转换电路，对开关电路完成常开或常闭模式的自动转换；

信号检测电路，利用其磁阻传感器芯片感应被测物是否到位进行信号输出。

连接线一和连接线二分别与整流电路的两个输入端相连，整流电路的正负极分别与恒流驱动电路相连，恒流驱动电路与信号放大电路相连，信号放大电路与常开常闭转换电路相连；常开常闭转换电路与信号检测电路相连；稳压电路的输入端连接在整流电路的输出端，其两输出端分别与常开常闭转换电路和信号检测电路相连。

进一步优选，整流电路采用整流桥堆V1，其保证了开关不管输入的直流电是什么极性都可以保证工作电路的正确极性。

进一步优选，过压保护电路由自恢复保险丝FU1和肖特基二极管D3组成，此电路可以保证开关在输入电压超过设计的最高工作电压时迅速切断电源，从而保护电路不受损害，另外，在开关直接用于控制继电器等感性负载时，肖特基二极管D3相当于续流二极管，用于吸收反向脉冲电压。

进一步优选，恒流驱动电路由三极管T1、三极管T2、电阻R2、电阻R4组成，此电路可以保证开关工作在设计电流以下，防止开关过流损坏，对开关进行保护。

进一步优选，信号放大电路由三极管T3、三极管T4、电阻R3、电阻R5、电阻R6、发光二极管D2组成，此电路把异或门芯片U2或者异或非门芯片U2的输出信号放大后用于控制接近开关的输出控制及指示，通过发光二极管D2进行亮灯指示。

进一步优选，稳压电路由电容C1、电容C2、高压差超低功耗的线性稳压器U1，二极管D1组成，在接近开关不导通时只需要几微安的电流，从而不影响输入端口的工作状态，二极管D1的作用是在开关导通时使开关在电路中有一定的压降以保证稳压电路的正常工作。

进一步优选，第一种常开常闭转换电路包括电阻R1、二极管D4、以及异或门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或门芯片U2的输入端二相连；异或门芯片U2的输入端一与信号检测电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端。或者，

第二种常开常闭转换电路包括电阻R1、二极管D4、以及异或非门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或非门芯片U2的输入端二相连；异或非门芯片U2的输入端一与信号检测电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或非门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端；该第二种电路与第一种电路的常开常闭状态相反。

上述常开常闭转换电路更好的解决了开关的通用性问题，使客户在采购时无需指定开关的输出类型，在不同的使用场合，常开和常闭的状态转换只需要简单地将连接线一和连接线二进行交换即可。

进一步优选，第三种常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或门芯片U2，异或门芯片U2选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换；或者

第四种常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或非门芯片U2，异或非门芯片U2的输入端二选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换。

进一步优选，常开常闭转换电路、信号检测电路、和稳压电路分别采用多个低功耗电子元件构成。解决了现有技术的有源接近开关需要单独提供电源的问题，可以直接替换无源接近开关使用而无需更改线路，使得使用相当便捷可靠。

进一步优选，信号检测电路包括磁阻传感器芯片U3和电容C3；磁阻传感器芯片U3的引脚一和电容C3的一端与稳压电路的输出端相连，其引脚三和电容的另一端接地连接，其引脚二与异或门芯片U2的输入端一或者异或非门芯片U2的输入端一相连。

本发明所涉及的常开常闭一体式两线接近开关电路，其结构采用芯片式磁场感应检测，使得接近开关反应速度提升；并且通过两线式接线和常开常闭转换电路使得正接或反接均能进行正常工作，避免接线错误而导致开关损坏的情况发生，使接近开关的接线简单可靠，而且具有更好的通用性能。

另外，由于接近开关电路采用低功耗电子元件构成，自身功耗极低，静态功耗5uA左右，工作时直接串联在端口电路中，极低的功耗使开关直接从端口取电并且不影响端口状态，对控制电路无影响并且没有额外的电源消耗。

附图说明

图1是实施例1的电路结构框图；

图2是实施例1的电路原理图；

图3是实施例2的固定式常开模式的电路原理图；

图4是实施例2的固定式常闭模式的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例所描述的常开常闭一体式两线接近开关电路，包括连接线一、连接线二、整流电路1、过压保护电路2、恒流驱动电路3、信号放大电路4、常开常闭电路5、信号信号检测电路6以及对各电路运行时进行稳压的稳压电路7；连接线一和连接线二分别与整流电路1的两个输入端相连，整流电路1的正负极分别与恒流驱动电路3相连，恒流驱动电路3与信号放大电路4相连，信号放大电路4与常开常闭转换电路5相连；常开常闭转换电路5与信号检测电路6相连；稳压电路7的输入端连接在整流电路1的输出端，其两输出端分别与常开常闭转换电路5和信号检测电路6相连。

本实施例中，整流电路1，保证开关工作电路的正确极性；整流电路采用整流桥堆V1，其保证了开关不管输入的直流电是什么极性都可以保证工作电路的正确极性；整流桥堆V1的两输入端分别与连接线一和连接线二相连，其正极和负极与内部电路相连构成接近开关电路的回路。

本实施例中，过压保护电路2，保证开关在输入电压超过设计的最高工作电压时迅速切断电源；其电路由自恢复保险丝FU1和肖特基二极管D3组成，自恢复保险丝FU1串联在整流桥堆V1的正极；肖特基二极管D3的两端分别搭接在电源的正极和负极连接线上，且与整流桥堆V1的负极和自恢复保险丝FU1的一端相连。此电路可以保证开关在输入电压超过设计的最高工作电压时迅速切断电源，从而保护电路不受损害，另外，在开关直接用于控制继电器等感性负载时，肖特基二极管D3相当于续流二极管，用于吸收反向脉冲电压。

本实施例中，恒流驱动电路3，使电流始终在设计电流以下运行；其电路由三极管T1、三极管T2、电阻R2、电阻R4组成，三极管T1的集电极通过稳压电路的二极管D1搭接在整流桥堆V1的正极接出连接线上，且二极管D1与肖特基二极管D3的一端和电阻R2的一端相连；三极管T1的基极分别与电阻R2另一端和三极管T2的集电极相连，其发射极分别与三极管T2的基极和电阻R4的一端相连；三极管T2的发射极分别与电阻R4的另一端和信号放大电路的三极管T4的发射极相连；三极管T4的集电极搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线上，且与肖特基二极管D3相连；此电路可以保证开关工作在设计电流以下，防止开关过流损坏，对开关进行保护。

本实施例中，信号放大电路4，对常开常闭转换电路5所输出的信号进行放大并指示；其电路由三极管T3、三极管T4、电阻R3、电阻R5、电阻R6、发光二极管D2组成，三极管T3的集电极、电阻R3和发光二极管D2相互串联；发光二极管D2搭接在整流桥堆V1的正极接出连接线上，且与二极管D1相连；三极管T3的发射极与整流桥堆V1的负极接出连接线相连，其基极与电阻R5和电阻R6之间的连接线相连，电阻R5与常开常闭转换电路相连；电阻R6与整流桥堆V1的负极接出连接线相连；三极管T4的基极连接在三极管T3的集电极和电阻R3之间；三极管T3的发射极搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线上，且与三极管T4的集电极相连；此电路把异或门芯片U2或者异或非门芯片U2的输出信号放大后用于控制接近开关的输出控制及指示，通过发光二极管D2进行亮灯指示。

本实施例中，稳压电路5，对各电路运行时的电压进行稳压。其电路由电容C1、电容C2、高压差超低功耗的线性稳压器U1，二极管D1组成，电容C2的两端分别搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线和正极接出连接线上，且一端分别与整流桥堆V1的负极和肖特基二极管D3的负极相连，另一端分别与自恢复保险丝FU1和肖特基二极管D3的正极相连；电容C1和线性稳压器U1相互并联后安装在整流桥堆V1的正极接出连接线上，电容C1分别与发光二极管D2和二极管D1相连；线性稳压器U1的输出端与异或门芯片U2或者异或非门芯片U2的电源引脚5和检测芯片U3的电源引脚1相连。此电路在接近开关不导通时只需要几微安的电流，从而不影响输入端口的工作状态，二极管D1的作用是在开关导通时使开关在电路中有一定的压降以保证稳压电路的正常工作。

本实施例中，常开常闭转换电路5，对开关电路完成常开或常闭模式的转换；

第一种电路结构包括电阻R1、二极管D4、以及异或门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或门芯片U2的输入端二相连；异或门芯片U2的输入端一与信号检测电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端。或者，

第二种电路结构包括电阻R1、二极管D4、以及异或非门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或非门芯片U2的输入端二相连；异或非门芯片U2的输入端一与信号检测电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或非门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端。

其电路结构实现正接时(导线一正极，导线二负极)：无磁场情况下为常闭模式，开关处于接通状态；有磁场情况下开关处于断开状态。反接时(导线一负极，导线二正极)：无磁场情况下为常开模式，开关处于断开状态；有磁场情况下开关处于接通状态；而该第二种电路结构与第一种电路的常开常闭状态相反。达到了可根据实际使用的情况进行正接或反接，来达到常开或常闭的转换，使得使用相当便捷可靠，使用性能较佳；无需根据输出类型进行购买，仅进行正接反接即可达到输出类型的控制。该第二种电路与第一种电路的常开常闭状态相反。

本实施例中，信号检测电路6，利用其磁阻传感器芯片感应被测物是否到位进行信号输出；包括磁阻传感器芯片U3和电容C3；磁阻传感器芯片U3的引脚一(Vi n端)还与电容C3的一端相连后连接到稳压电路输出端，其引脚三(GND端)、电容C3的另一端相连后接地连接，其引脚二(out端)与异或门芯片U2的输入端一或者异或非门芯片U2的输入端一相连。

本实施例中，常开常闭转换电路、信号检测电路、和稳压电路分别采用多个低功耗电子元件构成。解决了现有技术的有源接近开关需要单独提供电源的问题，可以直接替换无源接近开关使用而无需更改线路，使得使用相当便捷可靠。

实施例2：

如图3和图4所示，本实施例所描述的常开常闭一体式两线接近开关电路，其大致结构与实施例1一致，但与实施例1不同的是：第三种常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或门芯片U2，异或门芯片U2选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换；或者

第四种常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或非门芯片U2，异或非门芯片U2的输入端二选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换。

选装电阻R1时为固定的常开模式；选装电阻R7时为固定的常闭模式；在常开或常闭模式固定时不区分正负极安装，直接接入控制电路的公共端及相应的控制端口，接线更为简单，而且具有更好的通用性。其只需选装电阻即可实现常开或常闭的转换，而且不区分正负极，选装可采用短接线、微动开关或快速接头等方式进行安装，也可采用固定模式。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种常开常闭一体式两线接近开关电路，其特征在于，包括：

连接线一和连接线二；

整流电路，保证开关工作电路的正确极性；

恒流驱动电路，使开关始终在设计电流以下工作；

信号放大电路，对常开常闭转换电路所输出的信号进行放大并指示；

稳压电路，为常开常闭转换电路和信号检测电路提供稳定的电压；

常开常闭转换电路，对开关电路完成常开或常闭模式的自动转换；

信号检测电路，利用其磁阻传感器芯片感应被测物是否到位进行信号输出；

过压保护电路，保证开关在输入电压超过设计的最高工作电压时迅速切断电源；

连接线一和连接线二分别与整流电路的两个输入端相连，整流电路的正负极分别与恒流驱动电路相连，恒流驱动电路与信号放大电路相连，信号放大电路与常开常闭转换电路相连；常开常闭转换电路与信号检测电路相连；稳压电路的输入端连接在整流电路的输出端，其两输出端分别与常开常闭转换电路和信号检测电路相连；

过压保护电路由自恢复保险丝FU1和肖特基二极管D3组成，自恢复保险丝FU1串联在整流桥堆V1的正极；肖特基二极管D3的两端分别搭接在电源的正极和负极连接线上，且与整流桥堆V1的负极和自恢复保险丝FU1的一端相连；

恒流驱动电路由三极管T1、三极管T2、电阻R2、电阻R4组成，三极管T1的集电极通过稳压电路的二极管D1搭接在整流桥堆V1的正极接出连接线上，且二极管D1与肖特基二极管D3的一端和电阻R2的一端相连；三极管T1的基极分别与电阻R2另一端和三极管T2的集电极相连，其发射极分别与三极管T2的基极和电阻R4的一端相连；三极管T2的发射极分别与电阻R4的另一端和信号放大电路的三极管T4的发射极相连；三极管T4的集电极搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线上，且与肖特基二极管D3相连；

常开常闭转换电路包括电阻R1、二极管D4、以及异或门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或门芯片U2的输入端二相连；异或门芯片U2的输入端一与信号检测电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端，或者常开常闭转换电路包括电阻R1、二极管D4、以及异或非门芯片U2；二极管D4的负极分别与连接线二和整流电路相连，其正极与异或非门芯片U2的输入端二相连；异或非门芯片U2的输入端一与信号检电路相连，其输出端与信号放大电路相连；电阻R1的一端与异或非门芯片U2的输入端二相连，其另一端连接在稳压电路的输出端，或者常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或门芯片U2，异或门芯片U2的输入端二选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换，或者常开常闭转换电路包括电阻R1、电阻R7、以及异或非门芯片U2，异或非门芯片U2的输入端二选择性安装电阻R1或电阻R7进行常开或常闭转换；

稳压电路由电容C1、电容C2、高压差超低功耗的线性稳压器U1，二极管D1组成，电容C2的两端分别搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线和正极接出连接线上，且一端分别与整流桥堆V1的负极和肖特基二极管D3的负极相连，另一端分别与自恢复保险丝FU1和肖特基二极管D3的正极相连；电容C1和线性稳压器U1相互并联后安装在整流桥堆V1的正极接出连接线上，电容C1分别与发光二极管D2和二极管D1相连；线性稳压器U1的输出端与异或门芯片U2或者异或非门芯片U2的电源引脚5和检测芯片U3的电源引脚1相连。

2.根据权利要求1所述的常开常闭一体式两线接近开关电路，其特征在于，信号放大电路4由三极管T3、三极管T4、电阻R3、电阻R5、电阻R6、发光二极管D2组成，三极管T3的集电极、电阻R3和发光二极管D2相互串联；发光二极管D2搭接在整流桥堆V1的正极接出连接线上，且与二极管D1相连；三极管T3的发射极与整流桥堆V1的负极接出连接线相连，其基极与电阻R5和电阻R6之间的连接线相连，电阻R5与常开常闭转换电路相连；电阻R6与整流桥堆V1的负极接出连接线相连；三极管T4的基极连接在三极管T3的集电极和电阻R3之间；三极管T3的发射极搭接在整流桥堆V1的负极接出连接线上，且与三极管T4的集电极相连。

3.根据权利要求2所述的常开常闭一体式两线接近开关电路，其特征在于，信号检测电路包括磁阻传感器芯片U3和电容C3；磁阻传感器芯片U3的引脚一和电容C3的一端与稳压电路的输出端相连，其引脚三和电容的另一端接地连接，其引脚二与异或门芯片U2的输入端一或者异或非门芯片U2的输入端一相连。