CN110324034B - 一种直流电源输出控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有的I/O口控制供电方式存在的供电不安全的问题，提供了一种直流电源输出控制装置，包括：I/O口控制电路、开关控制电路和限流电路；I/O口控制电路的输入端和外部设备的I/O口控制端连接，I/O口控制电路的输出端具有两个接口；其中，第一接口和开关控制电路的第一输入端连接，第二接口和接地点连接，开关控制电路的第二输入端连接直流电源，开关控制电路的输出端和限流电路的输入端连接，限流电路的输出端和供电接口连接；限流电路用于在和供电接口连接的负载消耗电流过大时进行限流。本发明的有益效果为：使被供电电路中不会出现电流过大，导致元件、线路烧毁的情况，提高了设备的安全性和可靠性。

Description

一种直流电源输出控制装置

技术领域

本发明属于开关电路技术领域，具体涉及一种直流电源输出控制装置。

背景技术

在对电子产品的测试、生产过程中，很多情况下都要都需要使用设备的IO输出端口，去控制给其它直流设备或待测产品供电的情况(如：控制报警灯的亮灭，待测产品输入端口的供电等)，现在的做法基本上都是采用IO输出端控制连接在电源和被供电设备间的开关(例如：继电器、晶体管等)的方式，达到为被供电设备供电或停止供电操作的目的，但这种供电方式，存在被供电端出现短路、错接等情况下，导致电流过大，出现烧坏被供电端元件或线路的情况，严重的还会引起火灾。

发明内容

为了解决现有技术存在的I/O供电不可靠、不安全的问题，本发明提供了一种直流电源输出控制装置，其具有对被供电侧的电流进行限制，从而使供电更加安全可靠等特点。

根据本发明的具体实施方式的一种直流电源输出控制装置，包括：I/O口控制电路、开关控制电路和限流电路；

所述I/O口控制电路的输入端和外部设备I/O口控制端连接，所述I/O口控制电路的输出端具有第一接口和第二接口两个接口；

其中，第一接口和所述开关控制电路的第一输入端连接，第二接口和接地点连接，所述开关控制电路的第二输入端连接直流电源，所述开关控制电路的输出端和所述限流电路的输入端连接，所述限流电路的输出端和供电接口连接；

所述I/O口控制电路用于接收外部设备发送的供电开关信号，使所述开关控制电路的第一输入端和限流电路的输入端连接或断开，以使直流电源为所述限流电路开始或停止供电，所述限流电路用于在和所述供电接口连接的负载消耗电流过大时进行限流。

进一步的，所述I/O口控制电路包括：

信号接收口和光电耦合器，所述信号接收口的输入端和外部控制设备的一路I/O口及地线分别连接，输出端分别和所述光电耦合器的发光源的两个输入端连接形成发光控制回路，其中所述信号接收口输出端和所述发光源正极之间连接有第一电阻，用于对输入的电流进行限制；所述光电耦合器的受光器的两个输出端分别和所述开关控制电路的第一输入端和接地点连接。

进一步的，所述I/O口控制电路还包括：第二电阻，所述第二电阻设置于所述第一电阻和所述光电耦合器之间，并与所述光电耦合器的发光源并联连接，防止外部设备I/O口产生的脉冲电压使光电耦合器误导通。

进一步的，所述I/O口控制电路还包括：第一二极管，所述第一二极管设置于所述第二电阻和所述光电耦合器之间，并与所述光电耦合器的发光源并联连接，其中所述第一二极管的正极和所述光电耦合器的发光源的负极连接，所述第一二极管的负极和所述光电耦合器的发光源的正极连接，防止反向脉冲损坏光电耦合器。

进一步的，所述开关控制电路包括：第一三极管、第三电阻和第四电阻，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第一三极管的发射极和直流电源连接，所述第一三极管的集电极和所述限流电路的输入端连接；所述第三电阻连接在所述第一三极管的发射极和基极之间；所述第四电阻的一端和所述第一三极管的基极连接，另一端和所述光电耦合器受光器的第一输出端连接，所述光电耦合器受光器的第二输出端和接地点连接。

进一步的，所述第三电阻为热敏电阻，随温度的升高而阻值减小。

进一步的，所述开关控制电路还包括：

第五电阻和第一电容，所述第五电阻和所述第一电容并联连接后连接在所述第四电阻和所述光电耦合器受光器的第一输出端之间，保证所述光电耦合器受光器第一输出端和第二输出端导通的瞬间第一三极管完全导通。

进一步的，所述限流电路包括：自恢复保险丝和第二电容，所述自恢复保险丝的输入端和所述第一三极管的集电极连接，所述自恢复保险丝的输出端和供电接口连接；所述第二电容设置在所述自恢复保险丝和供电接口之间，其一端和所述自恢复保险丝的输出端连接，另一端和接地点连接。

进一步的，所述限流电路还包括：第二二极管，所述第二二极管设置于所述第二电容和供电接口之间，所述第二二极管的正极和接地点连接，所述第二二极管的负极和所述自恢复保险丝的输出端连接，以防止供电接口出现反势电压。

进一步的，所述直流电源输出控制装置还包括：供电维持电路，用于进一步拉低所述第一三极管基极的电压，使所述第一三极管的集电极和发射极保持稳定的导通；所述供电维持电路包括：第二三极管、第三二极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第二三极管为NPN型三极管，所述第二三极管的集电极和所述第一三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述第六电阻连接，所述第六电阻和所述光电耦合器的受光器的第一输出端连接；所述第七电阻和所述第八电阻串联连接后设置在所述第二电容和所述自恢复保险丝之间，其一端和自恢复保险丝的输出端连接，另一端和接地点连接；所述第三二极管的负极和所述第二三极管的基极连接，所述第三二极管的正极与所述第七电阻和所述第八电阻相连接的节点连接。

本发明的有益效果为：通过外部设备的I/O口控制I/O口控制电路对输入的直流电源进行通断控制，不再采用直接控制继电器或晶体管的方法，若被供电侧出现短路、错接等情况造成电路中的电流过大导致电路过热，会触发限流电路进行保护，使被供电电路中不会出现电流过大，导致元件、线路烧毁的情况，同时由于I/O控制电路的存在即使大电流从被供电侧流向外部控制设备侧，也会先经过I/O控制电路可阻挡大电流进入控制设备侧，避免对控制设备造成损坏，挺高了设备的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例提供的直流电源输出控制装置的结构原理图；

图2是根据一示例性实施例提供的直流电源输出控制装置的电路原理图。

附图标记

1-直流电源；2-外部设备I/O口；3-I/O口控制电路；4-开关控制电路；5-限流电路；6-供电接口；7-接地点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参照图1所示，本发明的实施例提供了一种直流电源输出控制装置，包括：I/O口控制电路3、开关控制电路4和限流电路5；

I/O口控制电路3的输入端和外部设备I/O口2控制端连接，I/O口控制电路3的输出端具有第一接口和第二接口两个接口；

其中，第一接口和开关控制电路4的第一输入端连接，第二接口和接地点连接，开关控制电路4的第二输入端连接直流电源1，开关控制电路4的输出端和限流电路5的输入端连接，限流电路5的输出端和供电接口6连接，供电接口6用于和需要供电的电子设备连接为其提供电源；

I/O口控制电路3用于接收外部设备发送的供电开关信号，使开关控制电路4的第一输入端和限流电路的输入端连接或断开，以使直流电源1为限流电路5开始或停止供电，限流电路5用于在和供电接口6连接的负载消耗电流过大时进行限流。

具体的，I/O控制电路3和外部设备的I/O口连接，并接收外部设备发送的高低电平(即开/关信号)，在接收到相应的控制电平后，控制和直流电源1连接的开关控制电路4和接地点连接或断开，从而使直流电源1和限流电路5导通为供电接口6供电，从而实现外部设备I/O口控制供电的作用，同时限流电路5在被供电设备出现短路、接反等导致和限流电路5连接的线路电流过大、线路过热时，会自动对供电电流进行限制，从而避免了电流过大导致电路元器件或线路烧毁，带来的安全隐患，从而提高了外部设备以及被供电设备的安全性和可靠性。

下面将结合具体的电路结构图，对本发明实施例提供的直流电源输出控制装置的各组成部分进行详细的说明。

参照图2所示，在本发明的一具体实施例中，I/O口控制电路包括：

信号接收口(CN1)和光电耦合器(U1)，信号接收口(CN1)的输入端和外部控制设备的一路I/O口和地线分别连接，输出端分别和光电耦合器(U1)的发光源的两个输入端(1和2引脚)连接形成发光控制回路，其中信号接收口(CN1)输出端和发光源正极之间连接有第一电阻(R1)，用于对输入的电流进行限制；光电耦合器(U1)的受光器的两个输出端(4和3引脚)分别和开关控制电路的第一输入端和接地点连接；

开关控制电路包括：第一三极管(Q1)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，第一三极管(Q1)为PNP型三极管，第一三极管(Q1)的发射极和直流电源(VCC)连接，第一三极管(Q1)的集电极和限流电路的输入端连接；第三电阻(R3)连接在第一三极管(Q1)的发射极和基极之间；第四电阻(R4)的一端和第一三极管(Q1)的基极连接，另一端和光电耦合器(U1)受光器的第一输出端(4引脚)连接，光电耦合器受光器的第二输出端(3引脚)和接地点连接；

限流电路包括：自恢复保险丝(F1)和第二电容(C2)，自恢复保险丝(F1)的输入端和第一三极管(Q1)的集电极连接，自恢复保险丝(F1)的输出端和供电接口(CN2)连接；第二电容(C2)设置在自恢复保险丝(F1)和供电接口(CN2)之间，其一端和自恢复保险丝(F1)的输出端连接，另一端和接地点连接。

具体的，CN1接口的1口接收外部设备I/O接口发送的高电平，2口连接地线，经过电阻R1进行限流后使光电耦合器U1的发光源即发光二极管点亮，从而使受光器即感光三极管导通，使电阻R4与接地点导通，从而拉低了三极管Q1基极的电压，使三极管Q1的发射极和集电极导通，接通了直流电源VCC和自恢复保险丝F1通过CN2接口为用电设备供电，由于自恢复保险丝F1本身的特性，当CN2的1、2引脚连接的负载的消耗电流过大时，超过自恢复保险丝F1的额定电流时，自恢复保险丝F1由低阻值状态转变为高阻值状态进行限流保护，从而提高了设备的可靠性和安全性，同时电容C2可滤除自恢复保险丝F1中的高频纹波电压保证用电的稳定性。再有由于采用了光电耦合器作为控制的介质，即使有大电流从被供电设备侧流入也会被光电耦合器阻挡，避免了大电流对外部I/O控制设备带来损坏。本领域技术人员可采用和自恢复保险丝F1相同功能的保护器来实现限流，本发明在此不做限制。

反之，当CN1的1口输入低电平时，光电耦合器U1的发光二极管熄灭，从而使感光三极管断开，拉高三极管Q1基极的电压，使直流电源VCC停止供电。

为进一步优化上述技术方案，在本发明的另一具体实施例中，I/O口控制电路还包括：第二电阻(R2)，第二电阻(R2)设置于第一电阻(R1)和光电耦合器(U1)之间，并与光电耦合器的发光源(发光二极管)并联连接，防止外部设备I/O口产生的脉冲电压使光电耦合器误导通。以及第一二极管(D1)，第一二极管(D1)设置于第二电阻(R2)和光电耦合器(U1)之间，并与光电耦合器的发光源并联连接，其中第一二极管(D1)的正极和光电耦合器的发光源(发光二极管)的负极连接，第一二极管(D1)的负极和光电耦合器的发光源的正极连接，防止反向脉冲损坏光电耦合器。

通过在I/O接口的控制回路中并入电阻R2和二极管D1保证了光电耦合器U1稳定可靠的运行。

为进一步优化上述技术方案，在本发明的又一具体实施例中，第三电阻(R3)为热敏电阻，随温度的升高而阻值减小。之所以选用为热敏电阻是为了在与CN2连接的用电负载消耗的电流较大但又不足以触发自恢复保险丝F1动作时，由于电流也较大会使三极管Q1持续发热，而电阻R3距离Q1很近，当温度升高时R3的阻值会变小，在低于某一值时会使电阻R4的电压增大从而三极管Q1基极的电压增大，使三极管Q1的集电极和发射极截止，从而使直流电源VCC停止供电，进一步保证了供电电路和用电设备的安全。

为进一步优化上述技术方案，开关控制电路还包括：

第五电阻(R9)和第一电容(C3)，第五电阻(R9)和第一电容(C3)并联连接后连接在第四电阻(R4)和光电耦合器受光器的第一输出端(4引脚)之间，保证光电耦合器受光器4和3脚导通瞬间Q1能导通。

电阻R9和电容C3并联组成一分压电路，在光电耦合器受光器4和3脚导通瞬间直接拉低三极管Q1基极的电压，保证Q1能导通。

为进一步优化上述技术方案，在本发明的一些具体实施例中，限流电路还包括：第二二极管(D3)，第二二极管(D3)设置于第二电容(C2)和供电接口CN2之间，第二二极管(D3)的正极和接地点连接，第二二极管(D3)的负极和自恢复保险丝F1的输出端连接；第二二极管是为输出接口出现反势电压时提供一个放电回路，快速消除反势电压。

为进一步优化上述技术方案，在本发明的另一些具体实施例中，还包括：供电维持电路，用于进一步拉低第一三极管Q1基极的电压，使第一三极管Q1的集电极和发射极保持稳定的导通。

具体的，供电维持电路包括：第二三极管(Q2)、第三二极管(D2)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第八电阻(R8)；第二三极管(Q2)为NPN型三极管，第二三极管(Q2)的集电极和第一三极管(Q1)的基极连接，第二三极管(Q2)的发射极与第六电阻(R6)连接后，第六电阻(R6)和光电耦合器的受光器的第一输出端(4引脚)连接；第七电阻(R7)和第八电阻(R8)串联连接后设置在第二电容(C2)和自恢复保险丝F1之间，其一端和自恢复保险丝F1的输出端连接，另一端和接地点连接；第三二极管(D2)的负极和第二三极管(Q2)的基极连接，第三二极管(D2)的正极与第七电阻(R7)和第八电阻(R8)相连接的节点连接。

作为上述实施例可行的实现方式，经自恢复保险丝F1输出的电压经过电阻R7和电阻R8分压后，经过二极管D2隔离拉高三极管Q2的基极电压，从而使三极管Q2的集电极和发射极导通，进一步拉低三极管Q1基极的电压，使三极管Q1工作在稳定状态，即使三极管Q1的集电极和发射极保持稳定的导通，保证了用电侧稳定的电流供应。

本发明实施例提供的直流电源输出控制装置，通过外部设备的I/O口控制I/O口控制电路对输入的直流电源进行通断控制，若被供电侧出现短路、错接等情况造成电路中的电流过大导致电路过热，会触发限流电路进行保护，使被供电电路中不会出现电流过大，导致元件、线路烧毁的情况，提高了设备的安全性和可靠性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种直流电源输出控制装置，其特征在于，包括：I/O口控制电路、开关控制电路和限流电路；

所述I/O口控制电路的输入端和外部设备I/O口控制端连接，所述I/O口控制电路的输出端具有第一接口和第二接口两个接口；

其中，所述第一接口和所述开关控制电路的第一输入端连接，所述第二接口和接地点连接，所述开关控制电路的第二输入端连接直流电源，所述开关控制电路的输出端和所述限流电路的输入端连接，所述限流电路的输出端和供电接口连接；

所述I/O口控制电路用于接收外部设备发送的供电开关信号，使所述开关控制电路的第一输入端和限流电路的输入端连接或断开，以使直流电源为所述限流电路开始或停止供电，所述限流电路用于在和所述供电接口连接的负载消耗电流过大时进行限流；

所述I/O口控制电路包括：信号接收口和光电耦合器，所述信号接收口的输入端和外部控制设备的一路I/O口及地线分别连接，输出端分别和所述光电耦合器的发光源的两个输入端连接形成发光控制回路，其中所述信号接收口输出端和所述发光源正极之间连接有第一电阻，用于对输入的电流进行限制；所述光电耦合器的受光器的两个输出端分别和所述开关控制电路的第一输入端和接地点连接；

所述开关控制电路包括：第一三极管、第三电阻和第四电阻，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第一三极管的发射极和直流电源连接，所述第一三极管的集电极和所述限流电路的输入端连接；所述第三电阻连接在所述第一三极管的发射极和基极之间；所述第四电阻的一端和所述第一三极管的基极连接，另一端和所述光电耦合器的受光器的第一输出端连接，所述光电耦合器的受光器的第二输出端和接地点连接；

所述第三电阻为热敏电阻，随温度的升高而阻值减小；

所述开关控制电路还包括：

第五电阻和第一电容，所述第五电阻和所述第一电容并联连接后连接在所述第四电阻和所述光电耦合器的受光器的第一输出端之间，以保证所述光电耦合器的受光器第一输出端和第二输出端导通的瞬间第一三极管完全导通；

所述限流电路包括：自恢复保险丝和第二电容，所述自恢复保险丝的输入端和所述第一三极管的集电极连接，所述自恢复保险丝的输出端和供电接口连接；所述第二电容设置在所述自恢复保险丝和供电接口之间，其一端和所述自恢复保险丝的输出端连接，另一端和接地点连接；

还包括：供电维持电路，用于进一步拉低所述第一三极管基极的电压，使所述第一三极管的集电极和发射极保持稳定的导通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述I/O口控制电路还包括：第二电阻，所述第二电阻设置于所述第一电阻和所述光电耦合器之间，并与所述光电耦合器的发光源并联连接，防止外部设备I/O口产生的脉冲电压使光电耦合器误导通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述I/O口控制电路还包括：第一二极管，所述第一二极管设置于所述第二电阻和所述光电耦合器之间，并与所述光电耦合器的发光源并联连接，其中所述第一二极管的正极和所述光电耦合器的发光源的负极连接，所述第一二极管的负极和所述光电耦合器的发光源的正极连接，防止反向脉冲损坏光电耦合器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限流电路还包括：第二二极管，所述第二二极管设置于所述第二电容和供电接口之间，所述第二二极管的正极和接地点连接，所述第二二极管的负极和所述自恢复保险丝的输出端连接，以防止供电接口出现反势电压。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电维持电路包括：第二三极管、第三二极管、第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第二三极管为NPN型三极管，所述第二三极管的集电极和所述第一三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述第六电阻连接，所述第六电阻和所述光电耦合器的受光器的第一输出端连接；所述第七电阻和所述第八电阻串联连接后设置在所述第二电容和所述自恢复保险丝之间，其一端和自恢复保险丝的输出端连接，另一端和接地点连接；所述第三二极管的负极和所述第二三极管的基极连接，所述第三二极管的正极与所述第七电阻和所述第八电阻相连接的节点连接。

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