CN110096020B - Plc模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置 - Google Patents

Plc模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，当PLC模块的外部输入电压发生逐渐增加或逐渐减小的现象时，消除在应用于PLC电源部的内部调节器电路的输出电压发生的斜率现象，由此确保电路的电源供给时间，并满足电路元件所需的初始启动条件(规格)。本发明的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置包括：输入电压校正部，用于校正逐渐增加的外部输入电压，使得该外部输入电压以从基准电压以上开始逐渐增加的外部输入电压来输出；以及调节器，将从所述输入电压校正部输出的被校正的外部输入电压作为输入，并输出用于向模块内部电路供给的固定的输出电压。

Description

PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置
技术领域
本发明涉及PLC(Programmable Logic Controller；可编程逻辑控制器) 电源模块，具体而言，涉及用于消除应用于PLC电源部的开关调节器的输出电压的斜率(slope)现象的装置。
背景技术
PLC作为可编程的逻辑控制器，内置有数值运算、逻辑运算、排序 (sequencing)控制、定时器(timer)、计数器(counter)等功能，并设置有能够存储程序和各种数据的存储器，是一种能够控制各种自动化设备以及处理器的特殊计算机。因此，PLC可应用于装置控制、装置数值设定、时间控制、实时监控、实时数据收集以及安全装置运转等各种作业。
PLC设置有用于向自动化设备等机器提供信号的模拟输出模块和用于接收来自于机器的信号的模拟输入模块。
模拟输入模块将从机器提供的模拟信号转换为数字信号并提供给内部的运算处理，模拟输出模块接收从运算处理部提供的反映运算处理结果的数字信号并转换为模拟信号向机器传达。
为此，具备电源部，该电源部用于提供进行模拟输入模块和模拟输出模块的动作所需的电源，电源部将从外部输入的电源转换为模拟输入模块以及模拟输出模块的动作所需的电源并向模拟输入模块以及模拟输出模块供给。
此外，电源部供给的电源需要总是保持稳定的状态，以模拟输入模块以及模拟输出模块正常地进行动作。
另一方面，应用于PLC的电源部的开关调节器接收DC24V电压并输出 DC5V电压。此时，DC24V电压不仅向PLC供给，还可以用于驱动周边装置或继电器元件，通过并联连接而供给。
在此情况下，设置于周边的装置或元件内部具有像电感和电容元件一样的有源元件的特性，由于这种有源元件的特性，可能会产生向PLC电源部供给的DC24V电源逐渐减小或逐渐增大的现象。
图1A和图1B示出了以往在PLC的电源部使用的开关电源转换器 (Switcher PowerConverter)中应用TI公司的LM2596降压调节器的电路图和在输入逐渐增加时的输出电压波形，图2A和图2B示出了以往在PLC的电源部使用的开关电源转换器中应用NJR公司的NJW4196降压调节器的电路图和在输入逐渐增加时的输出电压波形。
如图所示，参照附图标记14、24，当外部DC24V输入端11、21的输入电压从DC0V逐渐增加至DC24V时，通过调节器12、22向输出端13、23 输出DC5V的输出电压。此时，外部输入电压从DC0V达到DC24V的时间为60秒。
图1A示出的调节器12作为可驱动3A负载的TI公司的LM2596降压开关调节器，是单片(monolithic)集成电路。该调节器12输出DC5V恒压。另外，图2A示出的调节器22是内置有可驱动3.5A负载的MOSFET的NJR 公司的NJW4196降压转换器，具有稳定的调节功能并输出DC5V电压。
此时，如附图标记15、25所示的波形，从输出端13、23向模块内部电路供给的DC5V的输出电压的波形，随着输入电压从DC0V逐渐增加到 DC24V，在输出电压的波形产生斜率(slope)现象。
由于这种输出电压的斜率现象，需要从调节器12、22输出的电压上升至 DC5V电平为止的上升时间(rising time)。
图1A的调节器12根据图1B所示的输出电压波形15可以看出需要1.4 秒的上升时间。此时，纵轴表示电压(V)，横轴表示时间(time)。图2A 的调节器22根据图2B所示的输出电压波形25可以看出需要2.6秒的上升时间。此时，纵轴表示电压(V)，横轴表示时间(time)。
像这样，随着发生输入电压的逐渐增大或逐渐减小的现象，在初始施加电源时电路内部输出电压的电平和时间不稳定，若向模拟输入模块和模拟输出模块供给该不稳定的电压，则模拟输入模块和模拟输出模块无法输入或输出准确的模拟信号，因此在构成PLC模块内部电路的元件中需要电源接通/ 断开顺序和规定的电源输入时间时，可能会引发该元件的错误动作。这会直接成为降低产品的品质和性能的原因。
作为一例，作为PLC模块内部元件之一的MPU(SH7750)在图3示出的SH7750的电源输入过程中，需要电源输入上升时间在100ms以内的规格30。
另外，在初始施加电源时，由于在5V负载端的具有电感和电容成分的元件的特性，如图1b所示的附图标记16的输出电压波形那样，与负载连接的各个MPU的复位电压发生接通→断开→接通的反复现象。因此，与负载端连接的电路可能会进行非正常的动作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在PLC模块的外部输入电压出现逐渐增加或逐渐减小的现象时，通过消除在应用于PLC电源部的内部调节器电路的输出电压中发生的斜率现象，来确保电路的电源供给时间并满足电路元件所需的初始启动条件(规格)的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置。
本发明的目的不限定于以上提及到的目的，可通过下面的说明理解未提及的其他目的以及优点，并且通过本发明的实施例会进一步清楚地理解。另外，会容易理解通过在权利要求书中出现的技术方案以及其组合来实现本发明的目的以及优点。
为了解决如上所述的问题，本发明的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置包括：输入电压校正部，用于校正逐渐增加的外部输入电压，使得该外部输入电压以从基准电压以上开始逐渐增加的外部输入电压来输出；以及调节器，将从所述输入电压校正部输出的被校正的外部输入电压作为输入，并输出用于向模块内部电路供给的固定的输出电压。
另外，所述输入电压校正部包括：输入端分配部，用于调节外部输入电压的放大系数，使得在所述调节器中用于产生电压的输入和输出之间出现差异；恒压分流部，用于输出恒压，使得保持逐渐增加的外部输入电压不会增大到特定电压值以上；以及电压比较部，当从所述输入端分配部输出的电压大于从所述恒压分流部输出的电压时，输出在输出时间点逐渐增加而供给到的外部输入电压。
另外，所述输入电压校正部包括：输入端分配部，通过串联连接的第一电阻Ra和第二电阻Rb来实现，且该输入端分配部的两端与输入端VIN+、 VIN－连接；恒压分流部，通过串联连接的第三电阻Rc和稳压二极管ZD来实现，且该恒压分流部的两端与输入部的输入端VIN+、VIN－连接；以及电压比较部，通过比较器来实现，所述输入端分配部的第一电阻Ra和第二电阻Rb之间的连接点与该电压比较部的+端子连接，所述恒压分流部的第三电阻Rc和稳压二极管ZD之间的连接点与该电压比较部的－端子连接。
另外，所述输入端分配部通过改变第一电阻Ra和第二电阻Rb的值来实现电压的放大系数，使得从输入端施加的外部输入电压在所述调节器中用于产生电压的输入和输出之间出现差异。
另外，在所述恒压分流部中，与稳压二极管ZD的稳压电压对应地，从输入端施加的逐渐增加的外部输入电压保持为特定电压值。
另外，通过所述恒压分流部，所述电压比较部的－端子保持为特定电压值，通过所述输入端分配部，所述电压比较部的+端子与放大系数对应地被施加逐渐增加的外部输入电压。
另外，施加到所述电压比较部的+端子的初始外部输入电压的电压值小于－端子所保持的特定电压值。
另外，若所述电压比较部的+端子电压逐渐增加的途中大于－端子电压，则所述电压比较部向所述调节器输出在当前输出时间点逐渐增加而供给到的外部输入电压。
另外，从所述电压比较部输出的外部输入电压输出被输入到所述调节器的使能(enable)端子。
根据如上所述的本发明，本发明的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，在外部输入电压发生逐渐增加或逐渐减小的现象时，可通过只有在外部输入电压为基准电压以上的情况下才输出电压，来消除在应用于PLC电源部的内部调节器电路的输出电压发生的斜率(slope)现象，由此能够确保电路的正常动作电压电平和时间，从而能够预防PLC模块内部电路的错误动作。
尤其，通过向电路供给没有斜率现象的输出电压，能够确保电路元件所需的动作电压电平以及稳定地提供时间，从而能够预防在模块的初始电压施加时间点之后电路的错误动作。
下面说明本发明的具体实施方式的同时，说明上述效果以及本发明的具体效果。
附图说明
图1A和图1B是以往在PLC的电源部中使用的开关电源转换器中应用 TI公司的LM2596降压调节器的电路图和在逐渐增加输入时的输出电压波形图。
图2A和图2B是以往在PLC的电源部中使用的开关电源转换器中应用 NJR公司的NJW4196降压调节器的电路图和在逐渐增加输入时的输出电压波形图。
图3是表示以往的MPU(SH7750)的电源输入过程的图。
图4是表示本发明实施例的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置的结构的图。
图5是详细地示出图4所示的输入电压校正部200的结构的框图。
图6是详细地示出图5所示的输入电压校正部200的结构的电路图。
图7A和图7B是本发明实施例的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置的电路图和在逐渐增加输入时的输出电压波形图。
附图标记的说明
100：输入部 200：输入电压校正部
210：输入端分配部 220：恒压分流部
230：电压比较部 300：调节器
400：输出部
具体实施方式
下面，参照附图详细说明此前所述的目的、特征以及优点，由此本领域技术人员能够容易实施本发明的技术思想。在说明本发明的过程中，如果对与本发明相关的公知技术的具体说明使本发明的要旨不清楚，则省略对其的详细说明。下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中相同的附图标记表示相同的构成要素。
下面，参照图4至图7B对本发明的几个实施例的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置进行说明。需要说明的是，作为下述实施例，通过在用于PLC的电源部的开关电源转换器中应用NJR公司的NJW4196降压调节器的电路图来进行说明。但是这仅是为了便于说明实施例，并不是用于限定。因此，通过与下面所记载的内容相同的技术思想，不仅能够应用使用TI公司的LM2596降压调节器的电路图，还可以应用于利用在用于PLC的电源部的开关电源转换器中包含的所有调节器的电路图。
图4是表示本发明实施例的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置的结构的图。
如图4所示，PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置由输入电压校正部200和调节器300构成。
输入电压校正部200用于校正从输入部100输入的逐渐增加的外部输入电压，使得该外部输入电压以从基准电压以上开始逐渐增加的外部输入电压来输出。此时输出的外部输入电压输出被输入到调节器300的使能端子并控制调节器300的动作。
之后，调节器300向输出部400输入从输入电压校正部200输出的被校正的外部输入电压，从而以向模块内部电路供给的恒定的输出电压来输出。
图5是详细示出图4所示的输入电压校正部200的结构的框图。
如图5所示，输入电压校正部200由输入端分配部210、恒压分流部220 以及电压比较部230构成。
输入端分配部210调节外部输入电压的放大系数，使得在调节器300中用于产生电压的输入和输出之间出现差异。此时，用于产生电压的输入和输出之间的差异，会根据调节器300的种类不同而不同。由此，被调节的所述电压的放大系数会根据调节器300的种类而变化。
另外，恒压分流部220输出恒压，使得保持逐渐增加的外部输入电压不会增大到特定电压值以上。
另外，若从输入端分配部210输出的电压大于从所述恒压分流部220输出的电压，则电压比较部230输出在输出时刻逐渐增加后供给的外部输入电压。此时，由于恒压分流部220保持特定电压值，从输入端分配部210输出的电压从小于所述特定电压值的值开始增加。
图6是详细示出图5所示的输入电压校正部200的结构的电路图。
如图6所示，输入电压校正部200由输入端分配部210、恒压分流部220 以及电压比较部230构成。
此时，输入端分配部210由串联连接的第一电阻Ra和第二电阻Rb构成且两端与输入部100的输入端VIN+、VIN-相连接。
像这样，所述输入端分配部210的串联连接的第一电阻Ra和第二电阻 Rb与输入部100连接。并且所述输入端分配部210变更第一电阻Ra和第二电阻Rb的值，使得从输入部100施加的外部输入电压在调节器300中用于产生电压的输入和输出之间出现差异。由此，所述输入端分配部210实现电压的放大系数。此时，用于产生电压的输入和输出之间的差异会根据调节器300 种类不同而不同。因此，所实现的电压的放大系数随着调节器300的种类而变化。
并且，恒压分流部220由串联连接的第三电阻Rc和稳压二极管ZD实现且两端与输入部100的输入端VIN+、VIN-连接。
像这样，所述恒压分流部220的串联连接的第三电阻Rc和稳压二极管 ZD与输入部100连接。并且，当从输入部100施加的逐渐增加的外部输入电压超过稳压二极管ZD的稳压电压时，所述恒压分流部220产生击穿现象而使电流反向流动。由此，输入电压保持为特定电压值。
另外，电压比较部230通过比较器来实现。电压比较部230的+端子与所述输入端分配部210的第一电阻Ra和第二电阻Rb之间的连接点连接。电压比较部230的－端子与所述恒压分流部220的第三电阻Rc与稳压二极管 ZD之间的连接点连接。
像这样，所述电压比较部230通过比较器来实现。所述输入端分配部210 的第一电阻Ra与第二电阻Rb之间的电压被施加到所述电压比较部230的+ 端子。所述恒压分流部220的第三电阻Rc与稳压二极管ZD之间的电压被施加到所述电压比较部230的－端子。此时，比较器对连接到－端子和+端子的电压大小进行比较之后，若+端子电压大于－端子电压(+端子电压>－端子电压)，则输出作为比较器的供给电源的VIN+。
因此，即便施加逐渐增加的外部输入电压，施加到所述电压比较部230 的－端子的电压也能够通过恒压分流部220来保持特定电压值，并且当输入逐渐增加的外部输入电压时，与在所述输入端分配部210中实现的电压的放大系数对应地，施加到所述电压比较部230的+端子的电压从小于－端子所保持的特定电压值的值开始逐渐增加。
并且，若+端子电压在逐渐增加的途中大于－端子电压，则电压比较部 230向调节器300输出在当前输出时间点逐渐增加而供给到的外部输入电压。此时，从电压比较部230输出的外部输入电压输出被输入到调节器300的使能端子并控制调节器300的动作。由此，输出没有斜率现象的输出电压DC5V。
如此，调节器300向电路供给没有斜率现象的输出电压。因此，调节器 300能够确保电路元件所需的动作电压电平并且稳定地提供时间，从而能够预防在PLC模块的初始电压施加时间点之后电路的错误动作。
图7A和图7B是表示本发明实施例的PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置的电路图以及逐渐增加输入时的输出电压波形图。
参照图7A和图7B进行说明，若从输入部100施加逐渐增加的外部输入电压500，则外部输入电压根据在与输入部100的输入端VIN+、VIN－两端连接的输入端分配部210实现的放大系数来分配。
此时，就放大系数而言，根据调节器300的输入和输出之间的差异来产生电压。因此，放大系数被调节为出现该差异。从而所实现的放大系数根据调节器的种类而变化。
在图7A中使用的调节器是NJR公司的NJW4196降压调节器。在此情况下，根据调节器特性需要实现放大系数为0.4倍。作为参考，当使用的调节器为TI公司的LM2596降压调节器时需要实现的放大系数为1.7倍。
由此，输入端分配部210由串联连接的第一电阻Ra和第二电阻Rb实现，并通过将第一电阻Ra使用15kΩ的电阻，将第二电阻Rb使用10kΩ的电阻来实现放大系数为0.4倍。
并且，输入端分配部210的第一电阻Ra和第二电阻Rb之间的连接点与作为电压比较部230的比较器的+端子连接。因此，施加到第一电阻Ra和第二电阻Rb之间的电压被施加到+端子。
另外，从输入部100施加的逐渐增加的外部输入电压500经由与输入部 100的输入端VIN+、VIN－这两端连接的恒压分流部220，保持为具有特定电压值的恒压。
此时，恒压分流部220由串联连接的第三电阻Rc和稳压二极管ZD来实现。并且，当从输入部100施加的逐渐增加的外部输入电压超过稳压二极管 ZD的稳压电压时，恒压分流部220产生击穿现象。如此，恒压分流部220通过产生击穿现象而使电流逆向流动，从而将输入电压保持为特定电压值。在图7A中，使用NJM1431作为稳压二极管ZD，因此在电源供给之后输出 2.44～2.49V的恒压。
并且，恒压分流部220的第三电阻Rc和稳压二极管ZD之间的连接点与作为电压比较部230的比较器的－端子连接。因此，施加到第三电阻Rc和稳压二极管ZD之间的电压被施加到－端子。
即便施加逐渐增加的外部输入电压，通过恒压分流部220，施加到所述电压比较部230的－端子的电压也能够而保持为2.44～2.49V。并且，若输入逐渐增加的外部输入电压，则与在所述输入端分配部210实现的电压的放大系数对应地，施加到所述电压比较部230的+端子的电压从小于－端子所保持的2.44～2.49V的值开始逐渐增加。
此时，在外部输入电源逐渐增加时，若外部输入电压大于作为恒压分流部220的电压的2.44～2.49V，则电压比较部230的－端子的输入电压保持为 2.44～2.49V的值。因此，－端子的输入电压(2.44～2.49V)在规定电压以下的情况下不会动作。另外，在规定电压以上的情况下会固定为规定电压并保持。
之后，在外部输入电压继续增加并达到约6.5V时，与电压比较部230的 +端子连接的输入电压分配部210的电压值会大于2.44～2.49V。在此情况下，电压比较部230输出在输出时间点供给到的外部电压600。作为参考，由于根据图7A中使用的恒压分流部220的特性，需要与输出电压产生2V的差异，因此需要外部输入电压增加至7V，以在电压比较部230输出5V的输出电压。然而，作为模拟结果，在外部输入电压为约6.7V的情况下，电压比较部230输出了5V的输出电压。
并且，电压比较部230的输出电压输入到调节器300的使能端子。因此，从调节器300输出没有斜率现象的输出电压700(DC5V)。
如此，当外部输入电压发生逐渐增加现象时，只有在外部输入电压为基准电压以上时，才输出输入电压。因此，能够消除在应用于PLC电源部的内部调节器电路的输出电压上产生的斜率现象。这能够确保电路的正常动作电压电平和时间，从而能够预防PLC模块内部电路的错误动作。
对于本领域普通技术人员而言，可在不脱离本发明的技术思想范围内，进行各种置换、变形以及变更，因此本发明不限定于实施例以及附图。

Claims (7)

1.一种开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，用于消除PLC模块中开关电源转换器的输出电压斜率现象，其中，包括：
输入电压校正部，用于校正逐渐增加的外部输入电压，使得该外部输入电压以从基准电压以上开始逐渐增加的外部输入电压来输出；以及
调节器，将从所述输入电压校正部输出的被校正的外部输入电压作为输入，并输出用于向模块内部电路供给的固定的输出电压，
所述输入电压校正部包括：
输入端分配部，通过串联连接的第一电阻(Ra)和第二电阻(Rb)来实现，且该输入端分配部的两端与输入端(VIN+、VIN－)连接；
恒压分流部，通过串联连接的第三电阻(Rc)和稳压二极管(ZD)来实现，且该恒压分流部的两端与输入部的输入端(VIN+、VIN－)连接；以及
电压比较部，通过比较器来实现，所述输入端分配部的第一电阻(Ra)和第二电阻(Rb)之间的连接点与该电压比较部的+端子连接，所述恒压分流部的第三电阻(Rc)和稳压二极管(ZD)之间的连接点与该电压比较部的－端子连接，
所述输入端分配部通过改变第一电阻(Ra)和第二电阻(Rb)的值来实现电压的放大系数，使得从输入端施加的外部输入电压在所述调节器中用于产生电压的输入和输出之间出现差异。
2.根据权利要求1所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
所述输入端分配部调节外部输入电压的放大系数，使得在所述调节器中用于产生电压的输入和输出之间出现差异；
所述恒压分流部输出恒压，使得保持逐渐增加的外部输入电压不会增大到特定电压值以上；
当从所述输入端分配部输出的电压大于从所述恒压分流部输出的电压时，所述电压比较部输出在输出时间点逐渐增加而供给到的外部输入电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
在所述恒压分流部中，与稳压二极管(ZD)的稳压电压对应地，从输入端施加的逐渐增加的外部输入电压保持为特定电压值。
4.根据权利要求1所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
通过所述恒压分流部，所述电压比较部的－端子保持为特定电压值，
通过所述输入端分配部，所述电压比较部的+端子被施加与放大系数对应地逐渐增加的外部输入电压。
5.根据权利要求4所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
施加到所述电压比较部的+端子的初始外部输入电压的电压值小于－端子所保持的特定电压值。
6.根据权利要求4所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
若所述电压比较部的+端子电压逐渐增加的途中大于－端子电压，则所述电压比较部向所述调节器输出在当前输出时间点逐渐增加而供给到的外部输入电压。
7.根据权利要求6所述的开关电源转换器的输出电压斜率现象消除装置，其中，
从所述电压比较部输出的外部输入电压输出被输入到所述调节器的使能端子。
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