CN111983298A - 一种开关量采集电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关量采集电路和方法，所述电路包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；所述MCU信号采集控制回路用于响应控制电源状态检测回路检测的电平信号，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。本发明能够根据控制电源电压等级的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，通过采集控制电源电压动态的改变采集回路传输增益，能够满足不同控制电源电压所要求的噪声抑制门限，而且高电位侧基于无源器件的设计提高电路系统的可靠性，同时降低工程调试成本。

Description

一种开关量采集电路和方法

技术领域

本发明涉及工业自动化和继电保护技术领域，具体涉及一种开关量采集电路和方法。

背景技术

在工业自动化和继电保护领域，为保证控制系统可靠性，多采用直流供电，在直流系统容量要求高时，为减少蓄电池组数量一般会采用较低的控制电压。比如电力现场经常使用的控制电源就有110V DC和220V DC两种。在这些系统中，因为采集主设备的状态和抗电磁干扰的双重要求，所有开关量信号都是经过控制电源供电，由强电接入控制装置，再经整流，滤波，降压，限流，然后经光耦隔离后送入主控CPU，然后进行开关量的采集。

工程上为了适应不同控制电源电压的需要，往往需要设计两套不同的采集模块，采用不同的降压限流回路，这就给开关量采集模块的生产、调试以及现场管理带来了不便，增加了设计和生产成本。

目前，对控制电源系统自适应开关量采集方法有ADC采样法、基于FPGA的脉冲宽度检测法、变基准比较器法等，这些方法虽能在一定程度上解决的不同控制电源电压下开关量采集问题，但也均存在一些不足，如系统复杂，调试麻烦、电路可靠性差、门槛不易整定等问题。因此，寻求一种高电位侧基于无源器件且电路简单可靠性高和工程调试方便的自适应开关量采集电路和方法是当前首要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种开关量采集电路和方法，根据控制电源电压的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，实现了开关量采集回路传输增益自适应。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面：

本发明提供了一种开关量采集电路，包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；

所述控制电源状态检测回路用于检测为开关量信号供电的控制电源的状态；

所述MCU信号采集控制回路用于根据所检测的控制电源的状态控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。

进一步的，所述开关量采集回路还包括受控电源开关、分流电阻和第一输出电阻；

所述分流电阻并联于主采集光耦的输入端正负极，主采集光耦的输入端正极与副采集光耦的输入端负极相连接，主采集光耦的输入端负极与开关量输入端相连接；副采集光耦的输入端正极与控制电源相连接；

所述主采集光耦的输出端集电极接入低电位侧电源VCC，所述MCU信号采集控制回路通过受控电源开关控制副采集光耦的输出端集电极与低电位侧电源VCC的通断；

所述MCU信号采集控制回路通过主采集光耦的输出端发射极采集开关量信号，主采集光耦的输出端发射极与副采集光耦的输出端发射极相连经第一输出电阻接地。

进一步的，所述开关量采集回路还包括第一限流电阻、第一整流二极管、第一反向保护二极管、第一稳压管和第二限流电阻；

第一限流电阻与第一整流二极管串联于控制电源正极和副采集光耦的输入端正极之间；第一稳压管、第二限流电阻串联于开关量输入端和主采集光耦的输入端负极之间；

所述第一反向保护二极管的负极与副采集光耦的输入端正极相连接，第一反向保护二极管的正极与主采集光耦的输入端负极相连接。

进一步的，所述受控电源开关包括PNP三极管及PNP三极管的基极上拉电阻、NPN三极管及NPN三极管的基极限流电阻；

所述NPN三极管的基极经基极限流电阻连接于所述MCU信号采集控制回路，所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极连接到所述PNP三极管的基极；

所述PNP三极管的集电极和所述副采集光耦的输出端集电极相连接，所述PNP三极管的发射极连接低电位侧电源VCC，所述PNP三极管的基极经基极上拉电阻连接到低电位侧电源VCC。

进一步的，所述控制电源状态检测回路包括第三限流电阻、第二整流二极管、第二反向保护二极管、第二稳压管、第四限流电阻、控制电源状态采集光耦和第二输出电阻；

控制电源的正极串联第三限流电阻、第二整流二极管与控制电源状态采集光耦的输入端正极相连；控制电源的负极串联第四限流电阻、第二稳压管与控制电源状态采集光耦的输入端负极相连；第二反向保护二极管反向并联于控制电源状态采集光耦的输入端正负极两端；

所述控制电源状态采集光耦的输出端集电极连接低电位侧电源VCC，所述控制电源状态采集光耦的输出端发射极经第二输出电阻接地，且与所述MCU信号采集控制回路的控制电源状态采集端口连接。

进一步的，当存在多路开关量采集回路时，各开关量采集回路中副采集光耦的输出端集电极并联连接在同一受控电源开关后端。

进一步的，第一稳压管的稳压值U_z6满足：V_{c_l}>U_z6>V_{c_l_th}，其中，V_{c_l_th}是控制电源电压为V_{c_l}时开关量低电平阈值，V_{c_l}为控制电源使用低电源电压时的电压值。

进一步的，分流电阻的阻值约束条件为：

其中，V_{c_h_th}是控制电源电压为V_{c_h}时开关量低电平阈值，V_{c_h}为控制电源使用高电源电压时的电压值，U_z6为第一稳压管的稳压值，V_F3为主采集光耦的发光管正向开通电压，R₃,R₄,R₆分别为第一限流电阻、第二限流电阻、分流电阻的阻值。

第二方面，一种开关量采集方法，所述方法包括如下步骤：

采集控制电源的状态信号；

根据控制电源的状态信号，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。

进一步的，断开副采集光耦的方法包括如下步骤：

MCU信号采集控制回路通过控制关闭NPN三极管来控制关闭PNP三极管，进而断开副采集光耦的集电极电源，使副采集光耦停止工作；

开启副采集光耦的方法包括如下步骤：

MCU信号采集控制回路通过控制开启NPN三极管来控制开启PNP三极管，接通副采集光耦的输出端集电极电源，使副采集光耦的发射极输出并联到主采集光耦的发射极。

进一步的，在采集控制电源状态信号之前，首先判断是否使用软件模式：

若是，则利用预设软件设置值控制断开或开启副采集光耦；

若否，则采集控制电源状态，并根据控制电源状态控制断开或开启副采集光耦。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供的开关量采集电路能够实时检测控制电源的电压状态，根据不同的控制电源电压，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号；

开关量采集回路采用主采集光耦、副采集光耦以及受控电源开关的设计，能够根据控制电源电压等级的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，实现了采集回路传输增益动态改变，能够满足不同控制电源电压所要求的噪声抑制门限；

此外，本发明高电位侧基于无源器件的设计提高电路系统的可靠性和降低了工程调试成本。

附图说明

图1是本发明一种实施例的单通道开关量采集示意图；

图2是本发明一种实施例的控制电源状态检测示意图；

图3是本发明一种实施例的完整多通道开关量采集示意图；

图4是本发明一种实施例的开关量采集方法的流程图；

图5是本发明一种实施例的副采集回路电源控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

本发明实施例提供了一种开关量采集电路，该开关量采集电路包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开采量采集回路。其中，控制电源状态检测回路用于检测控制电源状态，并输出控制电源的状态信号；开关量采集回路用于采集开关量；MCU信号采集控制回路用于接收所述控制电源状态检测回路传输的控制电源状态信号，并根据所述控制电源状态信号控制所述开关量采集回路采集开关量信号。

如图1所示，开关量采集回路包括第一限流电阻R3、第一整流二极管V4、第一反向保护二极管V5、第一稳压管V6、第二限流电阻R4、主采集光耦U3、副采集光耦U2、受控电源开关、分流电阻R6和第一输出电阻R8；其中，受控电源开关包括PNP三极管VT2和PNP三极管VT2的基极上拉电阻R9、NPN三极管VT1和NPN三极管VT1的基极限流电阻R10。

如图1所示，开关量采集回路的具体连接关系为第一限流电阻R3一端连接控制电源的正极，另一端连接第一整流二极管V4的正极A端，第一整流二极管V4的负极K端连接副采集光耦U2的输入端正极A端；副采集光耦U2的输入端负极K端又连接主采集光耦U3的输入端正极A端，主采集光耦U3的输入端负极K端则连接到第一稳压管V6的负极K端；第二限流电阻R4一端连接开关量输入端，另一端则连接第一稳压管V6的正极A端构成高电位侧的信号通路，其中第一反向保护二极管V5的负极K端连接副采集光耦U2的正极A端，第一反向保护二极管V5的负极A端则连接到主采集光耦U3的输入端负极K端，实现对采集回路中主采集光耦U3和副采集光耦U2的反向输入电压保护，分流电阻R6并联在主采集光耦U3的正极A端和负极K端。

具体地，开关量采集回路的副采集光耦U2的输出端发射极E端和主采集光耦U3的输出端发射极E连接在一起，同时该连接点经第一输出电阻R8接地，而低电位侧开关量输出则经由主采集光耦U3的输出端发射极E输出。

具体地，开关量采集回路的主采集光耦U3的输出端集电极C直接接入低电位侧电源VCC，而副采集光耦U2的输出端集电极C则连接到PNP三极管VT2的集电极C，而PNP三极管VT2的发射极E连接到低电位侧电源VCC，同时PNP三极管VT2的基极B经基极上拉电阻R9连接到低电位侧电源VCC。

具体地，开关量采集回路中的NPN三极管VT1的发射极E接地，集电极C连接到PNP三极管VT2的基极B，而NPN三极管VT1的基极B则经过其基极限流电阻R10连接到MCU信号采集控制回路的输出IO引脚CTRL，MCU信号采集控制回路可以通过该引脚控制PNP三极管VT2的导通与关闭。

在本发明实施例中，控制电源状态检测回路采集控制电源的状态信号，此处控制电源的状态信号为电平信号；控制电源状态检测回路包括第三限流电阻R1、第二整流二极管V1、第二反向保护二极管V2、第二稳压管V3、第四限流电阻R2、控制电源状态采集光耦U1和第二输出电阻R7。

如图2所示，本实施例中第三限流电阻R1一端连接控制电源的正极，另一端连接第二整流二极管V1的正极A端，第二整流二极管V1的负极K端连接控制电源状态采集光耦U1的输入端正极A端，控制电源状态采集光耦U1的输入端负极K端则连接到第二稳压管V3的负极K端；而第四限流电阻R2则一端连接控制电源的负极，另一端连接到第二稳压管V3的正极A端；其中第二反向保护二极管V2的正极A端连接到控制电源状态采集光耦U1的输入端正极K端，第二反向保护二极管V2的负极K连接到控制电源状态采集光耦U1的输入端负极A端。

具体地，控制电源状态检测回路的控制电源状态采集光耦U1的输出端发射极E经过第二输出电阻R7连接到地，控制电源状态采集光耦U1的输出端集电极C直接连接到低电位侧电源VCC，而控制电源状态输出信号则从控制电源状态采集光耦U1的输出端发射极E输出，连接到MCU信号采集控制回路的输入IO引脚PWR。

如图1和图3所示，本发明实施例的MCU信号采集控制回路包括MCU及其辅助电路，其中控制电源状态检测回路的输出信号和开关量采集回路的输出信号分别连接到MCU的输入IO引脚PWR和DIN，而MCU的输出IO引脚CTRL则连接到开关量采集回路中NPN三极管VT1的基极限流电阻R10的一端。

如图3所示，本发明实施例中，当存在多路开关量采集回路时，各开关量采集回路的副采集光耦U2的输出端集电极C中副采集光耦的输出端集电极并联连接在同一受控电源开关后端，也可以理解为：PNP三极管VT2和NPN三极管VT1构成的受控电源开关为多个开关量采集回路的采集通道所共享，其假设条件是同一个开关量采集模块上的开关量使用同一个控制电源。具体地，各开关量采集回路的正端共同连接控制电源正极，各开关量采集回路的负端作为开关量输入端从外部获取开关量信号，经开关量采集回路采集后输入到各自对应的MCU输入IO引脚DIN。

本发明提供的开关量采集电路根据控制电源电压等级的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，通过采集控制电源电压状态，动态的改变采集回路传输增益，能够满足不同控制电源电压所要求的噪声抑制门限，而高电位侧基于无源器件的设计进一步提高电路系统可靠性，降低工程调试成本。

具体地，为了更好地实现上述开关量采集电路，其中所涉及元器件参数应该根据工程中两种控制电源电压的不同来选择：

在本发明一种实施例中，控制电源状态检测回路采集控制电源的状态信号，此处控制电源的状态信号为电平信号，即高电平和低电平。

在如图2所示控制电源状态检测回路中，若设高控制电源电压值为V_{c_h}，其对应的控制电源状态检测回路输出信号为高电平，低控制电源电压值为V_{c_l}，其对应的控制电源状态检测回路输出信号为低电平。需要说明的是，本发明中的高控制电源电压和低控制电源电压可根据实际情况通过调整电路中第二稳压管V3、第三限流电阻R1和第四限流电阻R2等元器件进行高、低电压范围的确定，此处，高控制电源电压和低控制电源电压也可理解为电压之间相对比较，不作特定数值范围的限定，以能够实现本发明的技术方案即可。

如附图2，控制电源状态检测回路各元器件参数选择原则如下：

第二稳压管V3的稳压值U_z3选择原则是：V_{c_h}>U_z3>V_{c_l}，

第三限流电阻R1和第四限流电阻R2的选择原则是首先保证在高控制电源电压为V_{c_h}时流过控制电源状态采集光耦U1的发光管的正向电流I_F尽可能小以降低功耗，其次是保证该回路的传输增益，使得高控制电源电压为V_{c_h}时控制电源状态采集光耦U1输出为高电平；在控制电源状态检测回路中，控制电源采用高控制电源电压时，控制电源状态采集光耦U1导通，输出控制电源状态信号为高电平；控制电源采用低控制电源电压时；控制电源状态采集光耦U1截止，输出控制电源状态信号为低电平。

在开关量采集回路中：

第一稳压管V6的稳压值U_z6选择原则是保证低控制电源电压为V_{c_l}时满足开关量低电平阈值V_{c_l_th}要求(即当开关量的输入端电压小于V_{c_l_th}，采集电路可靠输出低电平)：V_{c_l}>U_z6>V_{c_l_th}；第一稳压管V6能够在开关量输入端电压小于开关量低电平阈值V_{c_l_th}(例如接近0，或者开关量输入端断开、悬空等)时，不因外界因素(电击、静电等)变化而造成瞬间电压波动而错误输出高电平；在低控制电源电压V_{c_l}时，第一稳压管V6能够确保当开关量输入端的电压超过V_{c_l_th}时输出高电平。

分流电阻R6的阻值选择原则是保证高控制电源电压为V_{c_h}时满足开关量低电平阈值V_{c_h_th}要求(即当开关量的输入端电压小于V_{c_h_th}，采集电路可靠输出低电平，需保证主采集光耦U3的发光管电流接近0)，而分流电阻R6阻值选择的约束条件为：

其中，V_{c_h_th}对应控制电源采用高控制电源电压V_{c_h}时开关量采集回路可靠输出低电平的阈值，U_z6对应第一稳压管V6的稳压值，V_F3对应主采集光耦U3的发光管正向开通电压，R₃,R₄,R₆对应为第一限流电阻R3、第二限流电阻R4、分流电阻R6的阻值。在本实施例中，分流电阻R6进行电流分流，当开关量输入端电压小于开关量低电平阈值时，分流电阻R6使流过主采集光耦U3发光管的电流接近0，无法使主采集光耦后端的光敏三极管饱和导通，从而输出采集信号为低电平。

第一限流电阻R3和第二限流电阻R4的选择原则是保证控制电源采用高控制电源电压V_{c_h}时，在保证电路传输增益时采集回路的功耗尽可能低。

第一输出电阻R8的选择原则是要保证电路在不同控制电源电压时，开关量输入端的电压(开关量信号电平)低于系统允许的阈值(高控制电源电压时为V_{c_h_th}，低控制电源电压时为V_{c_l_th})时开关量采集回路输出为低电平。

PNP三极管VT2作为受控的电源开关，其选择原则是尽可能低的饱和导通压降，而且饱和导通的电流参数则取决于开关量采集通道数量，PNP三极管VT2的基极上拉电阻R9能保证电路中NPN三级管VT1关闭时其漏电流不会拉低VT2的基极电压，而PNP三极管VT2和NPN三级管VT1构成的受控电源开关为多个采集通道所共享，其假设条件是同一个开关量采集模块上的开关量使用同一个控制电源。

实施例二：

如图4所示，本发明实施例提供了一种开关量采集方法，该方法包括如下步骤：

采集控制电源的状态信号；

根据控制电源的状态信号，断开或开启副采集光耦；

控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。

具体地，在本发明的一个实施例中，通过控制电源状态检测回路采集控制电源的状态信号，控制电源的状态信号为电平信号，若控制电源状态信号为高电平时，MCU通过控制关闭NPN三极管来控制关闭PNP三极管，进而断开副采集光耦；

若控制电源状态信号为低电平时，MCU通过控制开启NPN三极管来控制开启PNP三极管，进而使副采集光耦输出并联到主采集光耦输出，提高开关量采集电路的传输增益。

作为本发明的一种实施例，如图3所示，本发明多通道开关量采集控制示意电路，现以开关量输入通道1为例说明开关量采集操作：

当采用低控制电源电压时，控制电源状态检测回路输出的电平信号为低电平，MCU信号采集控制回路响应上述低电平信号，并控制NPN三极管VT1导通，进而控制PNP三极管VT2开通，实现开关量采集回路中主采集光耦U3和副采集光耦U2并联输出，使得采集回路的传输增益上升，开关量状态信号由主采集光耦U3和副输出光耦U2并联输出决定；

当采用高控制电源电压时，控制电源状态检测回路输出的电平信号为高电平，MCU信号采集控制回路响应上述高电平信号，并控制NPN三极管VT1关闭，进而控制PNP三极管VT2关闭，开关量状态信号由主采集光耦U3输出决定。

作为本发明的一种实施例，如图5所示，在采集控制电源状态信号之前，首先判断是否使用软件模式：

若是，则利用预设软件设置值控制断开或开启副采集光耦；

若否，则采集控制电源状态，并根据其结果控制断开或开启副采集光耦。

具体地，在本发明的一个实施例中，MCU信号采集控制回路在启动后首先检查MCU整定值状态：

如果事先设置为软件模式，则忽略控制电源检测回路的输出状态，并根据事先整定的值驱动输出IO引脚CTRL，即：

如事先配置系统采用低控制电源电压时，则控制开通NPN三极管VT1，进而控制PNP三极管VT2开通，实现开关量采集回路中主采集光耦U3的和副采集光耦U2的并联输出；

如事先配置系统采用高控制电源电压时，由MCU控制NPN三极管VT1关闭，进而控制PNP三极管VT2关闭，开关量采集回路只使用主采集光耦U3的输出。

如果不采用软件模式，则通过控制电源检测回路的获取控制电源状态信号，根据控制电源电压状态来控制开启或断开副采集光耦。

具体地，在本发明一个实施例中，若控制电源状态信号为低电平，MCU获取该低电平信号，并取反为高电平，并由输出IO引脚CTRL开启NPN三极管VT1，进而开启PNP三极管VT2，使得副采集光耦输出端集电极接入电源，开关量采集回路由主采集光耦U3和副采集光耦U2并联输出；同样的，若控制电源状态信号为高电平，并取反为低电平，并由输出IO引脚CTRL关闭NPN三极管VT1，进而关闭PNP三极管VT2，使得副采集光耦U2的输出端集电极与电源断开，开关量采集回路由主采集光耦U3单独输出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种开关量采集电路，其特征在于，包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；

所述控制电源状态检测回路用于检测为开关量信号供电的控制电源的状态；

所述MCU信号采集控制回路用于根据所检测的控制电源的状态控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。

2.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于，所述开关量采集回路还包括受控电源开关、分流电阻和第一输出电阻；

所述分流电阻并联于主采集光耦的输入端正负极，主采集光耦的输入端正极与副采集光耦的输入端负极相连接，主采集光耦的输入端负极与开关量输入端相连接；副采集光耦的输入端正极与控制电源相连接；

所述主采集光耦的输出端集电极接入低电位侧电源，所述MCU信号采集控制回路通过所述受控电源开关控制副采集光耦的输出端集电极与低电位侧电源的通断；

所述MCU信号采集控制回路通过主采集光耦的输出端发射极采集开关量信号，主采集光耦的输出端发射极与副采集光耦的输出端发射极相连经第一输出电阻接地。

3.根据权利要求2所述的开关量采集电路，其特征在于，所述开关量采集回路还包括第一限流电阻、第一整流二极管、第一反向保护二极管、第一稳压管和第二限流电阻；

第一限流电阻与第一整流二极管串联于控制电源正极和副采集光耦的输入端正极之间；第一稳压管、第二限流电阻串联于开关量输入端和主采集光耦的输入端负极之间；

所述第一反向保护二极管的负极与副采集光耦的输入端正极电连，第一反向保护二极管的正极与主采集光耦的输入端负极电连。

4.根据权利要求2所述的开关量采集电路，其特征在于，所述受控电源开关包括PNP三极管、PNP三级管的基极上拉电阻、NPN三极管和NPN三极管基极限流电阻；

所述NPN三极管的基极经基极限流电阻连接于所述MCU信号采集控制回路，所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极连接到所述PNP三极管的基极；

所述PNP三极管的集电极和所述副采集光耦的输出端集电极相连接，所述PNP三极管的发射极连接低电位侧电源，所述PNP三极管的基极经基极上拉电阻连接到低电位侧电源。

5.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于，所述控制电源状态检测回路包括第三限流电阻、第二整流二极管、第二反向保护二极管、第二稳压管、第四限流电阻、控制电源状态采集光耦和第二输出电阻；

控制电源的正极串联第三限流电阻、第二整流二极管与控制电源状态采集光耦的输入端正极电连；控制电源的负极串联第四限流电阻、第二稳压管与控制电源状态采集光耦的输入端负极电连；第二反向保护二极管反向并联于控制电源状态采集光耦的输入端正负极两端；

所述控制电源状态采集光耦的输出端集电极连接低电位侧电源，所述控制电源状态采集光耦的输出端发射极经第二输出电阻接地，且与所述MCU信号采集控制回路的控制电源状态采集端口连接。

6.根据权利要求2所述的开关量采集电路，其特征在于，当存在多路开关量采集回路时，各开关量采集回路中副采集光耦的输出端集电极并联连接在同一受控电源开关后端。

7.根据权利要求3所述的开关量采集电路，其特征在于，第一稳压管的稳压值U_z6满足：V_{c_l}>U_z6>V_{c_l_th}，其中，V_{c_l_th}是控制电源电压为V_{c_l}时开关量低电平阈值，V_{c_l}为控制电源使用低电源电压时的电压值。

8.根据权利要求3所述的开关量采集电路，其特征在于，分流电阻的阻值约束条件为：

其中，V_{c_h_th}是控制电源电压为V_{c_h}时开关量低电平阈值，V_{c_h}为控制电源使用高电源电压时的电压值，U_z6为第一稳压管的稳压值，V_F3为主采集光耦的发光管正向开通电压，R₃,R₄,R₆分别为第一限流电阻、第二限流电阻、分流电阻的阻值。

9.一种开关量采集方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

采集控制电源的状态信号；

根据控制电源的状态信号，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。

10.根据权利要求9所述的开关量采集方法，其特征在于，断开副采集光耦的方法包括如下步骤：

MCU信号采集控制回路通过控制关闭NPN三极管来控制关闭PNP三极管，进而断开副采集光耦的集电极电源，使副采集光耦停止工作；

开启副采集光耦的方法包括如下步骤：

MCU信号采集控制回路通过控制开启NPN三极管来控制开启PNP三极管，接通副采集光耦的输出端集电极电源，使副采集光耦的发射极输出并联到主采集光耦的发射极。

11.根据权利要求9所述的开关量采集方法，其特征在于，在采集控制电源状态信号之前，首先判断是否使用软件模式：

若是，则利用预设软件设置值控制断开或开启副采集光耦；

若否，则采集控制电源状态，并根据控制电源状态控制断开或开启副采集光耦。

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