CN111541440A - 一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，包括第一开关量接口和第二开关量接口，第一开关量接口与整流桥的第一输入端连接，第二开关量接口与整流桥的第二输入端连接；整流桥的第一输入端与二极管的阴极连接，二极管的阳极与第一电源连接，整流桥的第二输入端通过第二光耦隔离采样电路与逻辑门器件的第二输入端连接，整流桥的第一输出端通过第一光耦隔离采样电路与逻辑门器件的第一输入端连接，整流桥的第二输出端与第一电气地连接。本发明为开关量节点的信息采集提供了一个兼容性广的电路设计方案，无需考虑开关量节点的连接极性，适用于多种电平的开关量节点的信息采集。

Description

一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路
技术领域
本发明涉及智能变电站二次设备数字化信号采集技术领域，具体涉及一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路。
背景技术
随着我国智能电网的飞速发展，变电站综合自动化系统中开关量越来越多，采集的信号包含断路器、隔离开关、接地开关的跳合闸位置信号，变压器分接头的位置信号，以及各种继电保护、自动装置的动作信号等等。
目前，传统的开关量节点的信息采集方式是依靠光耦的导通状态来判断开关量节点的状态，该采集电路只能针对单一电平的开关量的状态进行信息采集，并且该采集电路需要严格要求节点的极性方向，否则，在节点极性接反的情况下会出现无法采集，更有可能导致采集电路损毁。另外，变电站的开关量采集的节点电压也不尽相同，有24V、110V和220V等等，因此，传统的开关量采集电路需要根据开关量的节点电压进行相应的调整，这种调整耗时耗力。而一种适用于多电平电压输入的开关量输入电路就能很好的解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，包括第一开关量接口和第二开关量接口，第一开关量接口与整流桥的第一输入端连接，第二开关量接口与整流桥的第二输入端连接；整流桥的第一输入端与二极管的阴极连接，二极管的阳极与第一电源连接，整流桥的第二输入端通过第二光耦隔离采样电路与逻辑门器件的第二输入端连接，整流桥的第一输出端通过第一光耦隔离采样电路与逻辑门器件的第一输入端连接，整流桥的第二输出端与第一电气地连接。
如上所述的第一光耦隔离采样电路包括第一稳压二极管、第一限流电阻、第一隔离光耦和第二限流电阻，
第一稳压二极管的阴极与整流桥的第一输出端连接，第一稳压二极管的阳极依次通过第一限流电阻、第一隔离光耦的发光二极管与第一电气地连接，第一隔离光耦的光电接收三极管的集极分别与第二限流电阻一端以及逻辑门器件的第一输入端连接，第二限流电阻另一端与第二电源连接，第一隔离光耦的光电接收三极管的发射极与第二电气地连接；
所述的第二光耦隔离采样电路包括第二稳压二极管、第三限流电阻、第二隔离光耦和第四限流电阻，
第二稳压二极管的阴极与整流桥的第二输出端连接，第二稳压二极管的阳极依次通过第三限流电阻、第二隔离光耦的发光二极管与第一电气地连接，第二隔离光耦的光电接收三极管的集极分别与第四限流电阻一端以及逻辑门器件的第二输入端连接，第四限流电阻另一端与第二电源连接，第二隔离光耦的光电接收三极管的发射极与第二电气地连接。
如上所述的逻辑门器件的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件的输出端为高电平；
逻辑门器件的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件的输出端为高电平；
逻辑门器件的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件的输出端为低电平；
逻辑门器件的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件的输出端为高电平。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明电路能自适应多种不同等级电平的开关量接口，扩大了开关量采集节点的适用范围，减少了因开关量采集节点电压不匹配而需要更换设备的麻烦，增强了设备的通用性与便利性。
本发明电路能实现开关量节点极性的自适应，有效的降低了人工接线的复杂程度，避免了因开关量节点极性反接而导致开关量信息采集出错的问题，提高了工作的效率。
附图说明
图1为本发明的电路结构图；
图2为本发明的整流桥的电路结构图；
图3为本发明的第一光耦隔离采样电路结构图；
图4为本发明的第二光耦隔离采样电路结构图；
图5为本发明的逻辑门器件的结构图；
图6为本发明没有接开关量时的等效电路图；
图7为本发明接有正向有源开关量开路时的等效电路图；
图8为本发明接有反向有源开关量开路时的等效电路图；
图9为本发明接有闭合开关量时的等效电路图；
图10为逻辑门器件的真值表。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，包括第一开关量接口J1和第二开关量接口J2，第一开关量接口J1与整流桥D2的第一输入端连接，第二开关量接口J2与整流桥D2的第二输入端连接；整流桥D2的第一输入端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与第一电源VDD连接，整流桥D2的第二输入端通过第二光耦隔离采样电路2与逻辑门器件U1的第二输入端连接，整流桥D2的第一输出端通过第一光耦隔离采样电路1与逻辑门器件U1的第一输入端连接，整流桥D2的第二输出端与第一电气地VSS连接。
第一光耦隔离采样电路1包括第一稳压二极管D3、第一限流电阻R1、第一隔离光耦O1和第二限流电阻R2，
第一稳压二极管D3的阴极与整流桥D2的第一输出端连接，第一稳压二极管D3的阳极依次通过第一限流电阻D1、第一隔离光耦O1的发光二极管与第一电气地VSS连接，第一隔离光耦O1的光电接收三极管的集极分别与第二限流电阻R2一端以及逻辑门器件U1的第一输入端连接，第二限流电阻R2另一端与第二电源VCC连接，第一隔离光耦O1的光电接收三极管的发射极与第二电气地GND连接；
所述的第二光耦隔离采样电路2包括第二稳压二极管D4、第三限流电阻R3、第二隔离光耦O2和第四限流电阻R4，
第二稳压二极管D4的阴极与整流桥D2的第二输出端连接，第二稳压二极管D4的阳极依次通过第三限流电阻D3、第二隔离光耦O2的发光二极管与第一电气地VSS连接，第二隔离光耦O2的光电接收三极管的集极分别与第四限流电阻R4一端以及逻辑门器件U1的第二输入端连接，第四限流电阻R4另一端与第二电源VCC连接，第二隔离光耦O2的光电接收三极管的发射极与第二电气地GND连接。
如图10所示，逻辑门器件U1的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件U1的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件U1的输出端为高电平；
逻辑门器件U1的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件U1的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件U1的输出端为高电平；
逻辑门器件U1的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件U1的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件U1的输出端为低电平；
逻辑门器件U1的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件U1的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件U1的输出端为高电平。当第一开关量接口J1和第二开关量接口J2没有连接任何开关量节点时，此时开关量输入电路的等效电路如图6所示；此时，第二开关量接口J2连接到第二光耦隔离采样电路2的线路上没有任何电压源驱动，因此第二隔离光耦O2输出的第二数字信号IN2将为高电平。根据图10所示的逻辑器件U1的真值表所示，无论此时第一隔离光耦O1输出的第一数字信号IN1是何种电平，逻辑门器件U1最终输出的开关量状态信息DIN将会为高电平，表示此时的开关量状态为断开状态。
当第一开关量接口J1和第二开关量接口J2之间连接着断开的开关量节点，且开关量节点的正向电压连接到第一开关量接口J1时，此时开关量输入电路的等效电路如图7所示；虽然开关量节点有外部电压的存在，但是第二开关量接口J2连接到第二光耦隔离采样电路2的线路上依旧没有任何电压源驱动，因此第二隔离光耦O2输出的第二数字信号IN2将为高电平。根据图10所示的逻辑器件U1的真值表所示，无论此时外部的开关量节点电压如和影响第一隔离光耦O1输出的第一数字信号IN1的状态，逻辑门器件U1最终输出的开关量状态信息DIN将会依然为高电平，表示此时的开关量状态为断开状态。
当第一开关量接口J1和第二开关量接口J2之间连接着断开的开关量节点，且开关量节点的正向电压连接到第二接口J2时，此时开关量输入电路的等效电路如图8所示；第二开关量接口J2的电压源经过第二光耦隔离采样电路2，通过整流桥D2返回到第一开关量接口J1，形成一个完整的驱动第一隔离光耦O2的第五回路5，此时的第二隔离光耦O2输出的第二数字信号IN2将为低电平；同时，第二开关量接口J2的电压源通过整流桥D2传递到第一光耦隔离采样电路1，再经过整流桥D2返回到第一开关量接口J1，形成一个完整的驱动第一隔离光耦O1的第四回路4；同样的，开关量电路的第一电源VDD经二极管D1和整流桥D2传递到第一光耦隔离采样电路1，到达开关量电路的第一电源VDD对应的第一电气地VSS，第一电源VDD和第一电气地VSS构成供电电源，形成一个完整的驱动第一隔离光耦O1的第一回路1；此时的第一隔离光耦O1受到第一回路1和第四回路4的共同驱动，使得第一隔离光耦O1输出的第一数字信号IN1为低电平。根据图10所示的逻辑器件U1的真值表所示，此时逻辑门器件U1输出的开关量状态信息DIN为高电平，表示此时的开关量状态为断开状态。
当第一开关量接口J1和第一开关量接口J2之间连接着闭合的开关量节点时，此时的开关量输入电路的等效电路如图9所示；由于开关量节点的闭合，第一开关量接口J1和第二开关量接口J2相当于是被一段导线连接了起来，开关量电路的第一电源VDD经二极管D1到第一开关量接口J1、第二开关量接口J2传递到第二光耦隔离采样电路2，到达开关量电路的第一电气地VSS，形成一个完整的驱动第二隔离光耦O2的第二回路2，此时的第二隔离光耦O2输出的第二数字信号IN2将为低电平；同样的，开关量电路的第一电源VDD经二极管D1和整流桥D2传递到第一光耦隔离采样电路1，到达开关量电路的第一电气地VSS，形成一个完整的驱动第一隔离光耦O1的第一回路1，但是稳压二极管D3与第一限流电阻R1的参数决定了第一隔离光耦O1不能完全导通，此时的第一隔离光耦O1输出的第一数字信号IN1为高电平。根据图10所示的逻辑器件U1的真值表所示，此时逻辑门器件U1输出的开关量状态信息DIN为低电平，表示此时的开关量状态为闭合状态。
综上所述，该设计电路能正确识别开关量节点的状态信息。不仅能正常识别有源开关量节点和无源开关量节点的状态信息，并且支持多种有源开关量节点的状态信息识别。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，包括第一开关量接口(J1)和第二开关量接口(J2)，其特征在于，第一开关量接口(J1)与整流桥(D2)的第一输入端连接，第二开关量接口(J2)与整流桥(D2)的第二输入端连接；整流桥(D2)的第一输入端与二极管(D1)的阴极连接，二极管(D1)的阳极与第一电源(VDD)连接，整流桥(D2)的第二输入端通过第二光耦隔离采样电路(2)与逻辑门器件(U1)的第二输入端连接，整流桥(D2)的第一输出端通过第一光耦隔离采样电路(1)与逻辑门器件(U1)的第一输入端连接，整流桥(D2)的第二输出端与第一电气地(VSS)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，其特征在于，所述的第一光耦隔离采样电路(1)包括第一稳压二极管(D3)、第一限流电阻(R1)、第一隔离光耦(O1)和第二限流电阻(R2)，
第一稳压二极管(D3)的阴极与整流桥(D2)的第一输出端连接，第一稳压二极管(D3)的阳极依次通过第一限流电阻(D1)、第一隔离光耦(O1)的发光二极管与第一电气地(VSS)连接，第一隔离光耦(O1)的光电接收三极管的集极分别与第二限流电阻(R2)一端以及逻辑门器件(U1)的第一输入端连接，第二限流电阻(R2)另一端与第二电源(VCC)连接，第一隔离光耦(O1)的光电接收三极管的发射极与第二电气地(GND)连接；
所述的第二光耦隔离采样电路(2)包括第二稳压二极管(D4)、第三限流电阻(R3)、第二隔离光耦(O2)和第四限流电阻(R4)，
第二稳压二极管(D4)的阴极与整流桥(D2)的第二输出端连接，第二稳压二极管(D4)的阳极依次通过第三限流电阻(D3)、第二隔离光耦(O2)的发光二极管与第一电气地(VSS)连接，第二隔离光耦(O2)的光电接收三极管的集极分别与第四限流电阻(R4)一端以及逻辑门器件(U1)的第二输入端连接，第四限流电阻(R4)另一端与第二电源(VCC)连接，第二隔离光耦(O2)的光电接收三极管的发射极与第二电气地(GND)连接。
3.根据权利要求2所述的一种适用于无极性多电平电压输入的开关量输入电路，其特征在于，所述的逻辑门器件(U1)的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件(U1)的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件(U1)的输出端为高电平；
逻辑门器件(U1)的第一输入端输入为低电平，逻辑门器件(U1)的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件(U1)的输出端为高电平；
逻辑门器件(U1)的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件(U1)的第二输入端输入为低电平时，逻辑门器件(U1)的输出端为低电平；
逻辑门器件(U1)的第一输入端输入为高电平，逻辑门器件(U1)的第二输入端输入为高电平时，逻辑门器件(U1)的输出端为高电平。
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