CN202586912U - 开关量输入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关量输入装置，该装置包括：依次连接的电平配置电路和开关量输入电路，其中，电平配置电路包括：第一光耦，第一光耦的输入端与MCU相连；开关电路，开关电路的输入端与第一光耦的输出端连接；开关量输入电路包括：二极管，二极管的阳极作为开关量输入电路的第一输入端与开关电路的输出端相连接，二极管的阴极通过第一电阻与开关量输入电路的第二输入端连接；第二光耦，第二光耦的输入端通过第二电阻与第一电阻和第二输入端连接，第二光耦的输出端为开关量输入装置的输出端。本实用新型解决了相关技术中开关量输入电路配置有效电平过程复杂的问题，达到不改变整个电路的连接结构来实现开关量输入电路的高低电平输入兼容。

Description

开关量输入装置

技术领域

本实用新型涉及电力领域，具体而言，涉及一种开关量输入装置。

背景技术

工业控制及自动化装置的开关量输入电路通常包含EMC(Electromagnetic Compatibility，电磁兼容)电路、限流电路、分压电路等，由于工业应用装置所处的电磁环境较恶劣，为提高设备的抗干扰能力，一般都需要采取隔离处理，目前广泛使用的隔离方法是采用光耦实现电气隔离。

图1和图2示出传统的配置有效电平的两种开关量输入电路图，从图中可以看出，这种开关量输入电路虽然可以实现配置有效电平，但在配置过程中，需要操作人员更改电气线路，使得配置有效电平的过程很复杂；有些设计甚至需要拆开设备进行复杂的硬件设置，在恶劣的工业应用环境中，这样的行为是要积极避免的；此外，在一些具有图像显示功能的PLC或CNC中，这些硬件设置不能在参数设置中显示或更改。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种开关量输入装置，以解决相关技术中开关量输入电路配置有效电平过程复杂的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种开关量输入装置，该装置包括：依次连接的电平配置电路和开关量输入电路，其中，电平配置电路包括：第一光耦，第一光耦的输入端与MCU相连；开关电路，开关电路的输入端与第一光耦的输出端连接，用于根据第一光耦的输出控制电平配置电路的输出；开关量输入电路包括：二极管，二极管的阳极作为开关量输入电路的第一输入端与开关电路的输出端相连接，二极管的阴极通过第一电阻与开关量输入电路的第二输入端连接；第二光耦，第二光耦的输入端通过第二电阻与第一电阻和第二输入端相连接，第二光耦的输出端为开关量输入装置的输出端。

优选的，开关电路包括：驱动电路，驱动电路的输入端与第一光耦的输出端连接，用于给开关管提供驱动电压；开关管，开关管的输入端与驱动电路连接，开关管的输出端与二极管的阳极相连。

优选的，开关管包括：P沟道MOSFET开关管。

优选的，驱动电路包括：两个串联的分压电阻。

优选的，二极管的阳极与P沟道MOSFET开关管的漏极相连接。

优选的，开关量输入电路还包括：瞬态电压抑制器，瞬态电压抑制器的第一阳极与第二输入端连接，瞬态电压抑制器的第二阳极与低电平连接。

优选的，电平配置电路的输出端分别与多个开关量输入电路的第一输入端连接，其中，每个开关量输入电路具有一个第二输入端。

优选的，电平配置电路的输出端分别与8个开关量输入电路的第一输入端连接。

优选的，第二输入端通过第一开关与高电平连接。

优选的，第二输入端通过第二开关与低电平连接。

在本实用新型中，通过MCU控制电平配置电路中光耦，实现控制开关量输入电路中的二极管的导通或断开，进而为开关量输入电路提供不同的有效输入电压，这样在开关量输入电路中的开关量输入点连接共阴极开关或共阳极开关等不同场景下，可以不改变整个电路的连接结构的情况下来实现开关量输入电路的高低电平输入兼容。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术中的一种配置有效电平的开关量输入电路；

图2是根据相关技术中的另一种配置有效电平的开关量输入电路；

图3是根据本实用新型实施例的开关量输入装置的一种优选的电路图；

图4是根据本实用新型实施例的开关量输入装置的另一种优选的电路图；

图5是根据本实用新型实施例的开关量输入装置的又一种优选的电路图；

图6是根据本实用新型实施例的开关量输入电路接入共阳极开关断开时的一种优选的电路图；

图7是根据本实用新型实施例的开关量输入电路接入共阳极开关闭合时的一种优选的电路图；

图8是根据本实用新型实施例的开关量输入电路接入共阴极开关断开时的一种优选的电路图；

图9是根据本实用新型实施例的开关量输入电路接入共阴极开关闭合时的一种优选的电路图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型提供了一种开关量输入装置，具体的，如图3所示，该装置包括：依次连接的电平配置电路(或称为有效电平配置电路)和开关量输入电路。

具体地，电平配置电路包括：第一光耦OP1和开关电路，其中，第一光耦的输入端与MCU相连；开关电路的输入端与第一光耦OP1的输出端连接，用于根据第一光耦OP1的输出控制电平配置电路的输出。

具体地，开关量输入电路包括：二极管D1和第二光耦OP2，其中，二极管D1的阳极作为开关量输入电路的第一输入端与开关电路的输出端相连接，二极管的阴极通过电阻R4与开关量输入电路的第二输入端(即，开关量输入点X00)连接；第二光耦OP2的输入端通过电阻R5与电阻R4和第二输入端(开关量输入点X00)相连接，第二光耦OP2的输出端为开关量输入装置的输出端X[00]。优选的，可以在第二光耦OP2的输入端并联一个电阻R6，优选的，电阻R6与电阻R5可以组成分压网络来设定第二光耦OP2导通的阀值，此外，电阻R6可以旁路漏电流，避免在使用高灵敏度光耦时出现误动作。

进一步地，上述开关电路包括：驱动电路(例如，图3中的驱动电路由电阻R1和R2组成，其中，电阻R1连接在有效输入高电平(+24V)和开关管Q1的栅极之间，电阻R2连接在开关管Q1的栅极和第二光耦OP2的输入端之间)和开关管Q1，其中，驱动电路的输入端(例如，图3所示的电阻R2的右端)与第一光耦OP1的输出端连接，用于给开关管Q1提供驱动电压；开关管Q1的输入端(例如，图3所示的开关管的栅极和源极)与驱动电路连接，开关管的输出端(例如，图3所示的开关管的漏极)与二极管D1的阳极相连。在上述优选的实施方式中，通过MCU控制电平配置电路中光耦，实现控制开关量输入电路中的二极管的导通或断开，进而为开关量输入电路提供不同的有效输入电压，这样在开关量输入电路中的开关量输入点连接共阴极开关或共阳极开关等不同场景下，可以不改变整个电路的连接结构的情况下来实现开关量输入电路的高低电平输入兼容。

优选的，上述开关管包括但不限于：P沟道MOSFET开关管。需要说明的是，此处P沟道MOSFET开关管只是作为一种优选的开关管，本实用新型优选的实施方式并不限于此，例如，还可以是其它型号的开关管或触点式继电器、固态继电器等。

上述实施例中，驱动电路包括两个串联的分压电阻R1和R2。通过驱动电路的驱动可以开关管的栅极配置适当的驱动电压，当然本实用新型不仅限于此，驱动电路还可以由其他能够提供驱动电压的元件及其组合构成。

本实用新型还提供了一种电平配置电路和开关量输入电路优选的连接方式，具体来说，开关量输入电路中二极管D1的阳极与电平配置电路中P沟道MOSFET开关管的漏极相连接。

优选的，在上述各个实施例中所示的电平配置电路中，第一光耦OP1的输入端(即，光耦OP1中发光二极管的输入端)由MCU的GPIO引脚控制。当第一光耦OP1导通后，开关管Q1的栅-源电压VGS为负电压，开关管Q1导通；当第一光耦OP1截止后，开关管Q1的栅-源电压VGS为零，开关管MOSFET不导通，呈高阻态。可见，第一光耦OP1导通与否由MCU控制，这样，用户可以在用户界面UI中设置相应的参数控制MCU的GPIO引脚的电平输出，间接控制开关管Q1的导通或断开，从而实现对电平配置电路的输出电平的控制，为开关量输入电路提供可以配置的有效输入电压。

本实用新型还对上述开关量输入电路进行改进，以提高电路的稳定性和可靠性，具体来说，如图4所示，开关量输入电路还包括：瞬态电压抑制器TVS，瞬态电压抑制器TVS的第一阳极与开关量输入电路中的第二输入端(即，开关量输入点X00)连接，瞬态电压抑制器TVS的第二阳极与低电平连接。通过增加瞬态电压抑制器，减少实际应用环境中一些电压尖峰的威胁，如静电干扰、电压浪涌等，提高了电路的稳定性，此外，与传统的阻容网络电路相比，具有相应速度更快的优点。

本实用新型还对上述开关量输入装置进行了改进，具体的，如图5所示，电平配置电路的输出端分别与多个开关量输入电路的第一输入端(例如，二级管D1～D8的阳极)连接，其中，每个开关量输入电路具有一个第二输入端(分别为开关量输入点X00、X01...、X07)。通过上述优选实施例中的电路连接结构，使得一个有效电平配置电路能够控制多个开关量输入点。

优选的，电平配置电路的输出端分别与8个开关量输入电路的第一输入端(例如，二级管D1～D8的阳极)连接。优选的，每一个有效电平配置电路控制8个相邻的开关量输入点。上述技术方案的实施，解决了自动控制设备中由于开关量输入点数量巨大而造成线路复杂的问题，达到了优化线路的效果。

在本实用新型的优选实施例中，开关量输入电路的开关量输入点可以连接不同的外部开关，具体场景可以如下描述：

1)开关量输入电路的开关量输入点接入外部共阳极开关(电子电路中的有效电平为高电平的输入开关)

开关量输入电路的开关量输入点(开关量输入电路的第二输入端)X00通过第一开关S1(外部共阳极开关)与高电平(+24V)连接。在这种场景下，用户在用户界面UI中将相应的开关量输入模组设置为高电平输入有效，MCU控制有效电平配置电路中第一光耦OP1不导通，即开关管Q1不导通，这样二极管D1阳极相当于开路，实现了对开关量输入电路有效输入电平的设置。

具体来说，当外部共阳极开关S1断开时，如图6所示，第二光耦OP2的输入端(即，第二光耦OP2的发光二极管的输入端)的电流路径被切断，使得第二光耦OP2的输出端不导通，开关量输入电路的输出端X[00]通过上拉电阻R7而输出高电平VCC；当外部共阳极开关S1闭合时，如图7所示，第二光耦OP2的输入端(即，光耦OP2的发光二极管的输入端)的电流路径被接通，使得第二光耦OP2的输出端导通，开关量输入电路的输出端X[00]为低电平。

在上述优选的实施例中可以看出，外部共阳极开关断开和闭合的过程可以改变第二光耦OP2的输出端X[00]的电平状态，MCU通过读取X[00]的电平状态来判断外部共阳极开关的状态，实现高电平开关量输入电路功能。

2)开关量输入电路的开关量输入点接入外部共阴极开关(电子电路中的有效电平为低电平的输入开关)

开关量输入电路的开关量输入点(开关量输入电路的第二输入端)X00通过第二开关S2(外部共阴极开关)与低电平连接。在这种场景下，用户在用户界面UI中将相应的开关量输入模组设置为低电平输入有效，MCU控制有效电平配置电路中第一光耦OP1导通，即开关管Q1导通，这样二极管D1阳极电压为+24V，实现了对开关量输入电路有效输入电平的设置。

具体来说，当外部共阴极开关S2断开时，如图8所示，第二光耦OP2的输入端(即，第二光耦OP2的发光二极管的输入端)的电流回路由二极管D1、电阻R4、电阻R5组成，使得第二光耦OP2的输出端导通，开关量输入电路的输出端X[00]节点其电平为低电平；当外部共阴极开关S2闭合时，如图9所示，第二光耦OP2的输入端(即，第二光耦OP2的发光二极管的输入端)的电流路径被二极管D1、电阻R4旁路，使得第二光耦OP2的输出端不导通，开关量输入电路的输出端X[00]通过上拉电阻R7而输出高电平VCC。

在上述优选的实施例中可以看出，外部共阴极开关分断和闭合的过程可以改变第二光耦OP2的输出端X[00]的电平状态，MCU通过读取X[00]的电平状态来判断外部共阳极开关的状态，实现低电平开关量输入电路功能。

从以上的描述中，可以看出，在本实用新型中，通过MCU控制电平配置电路中光耦，实现控制开关量输入电路中的二极管的导通或断开，进而为开关量输入电路提供不同的偏置电压，这样在开关量输入电路中的开关量输入点连接共阴极开关或共阳极开关等不同场景下，可以不改变整个电路的连接结构的情况下来实现开关量输入电路的高低电平输入兼容。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关量输入装置，其特征在于，包括：依次连接的电平配置电路和开关量输入电路，其中，

所述电平配置电路包括：

第一光耦(OP1)，所述第一光耦的输入端与MCU相连；

开关电路，所述开关电路的输入端与所述第一光耦(OP1)的输出端连接，用于根据所述第一光耦(OP1)的输出控制所述电平配置电路的输出；

所述开关量输入电路包括：

二极管(D1)，所述二极管的阳极作为所述开关量输入电路的第一输入端与所述开关电路的输出端相连接，所述二极管的阴极通过第一电阻与所述开关量输入电路的第二输入端连接；

第二光耦(OP2)，所述第二光耦的输入端通过第二电阻与所述第一电阻和所述第二输入端相连接，所述第二光耦的输出端为所述开关量输入装置的输出端。

2.根据权利要求1所述开关量输入装置，其特征在于，所述开关电路包括：

驱动电路，所述驱动电路的输入端与所述第一光耦(OP1)的输出端连接，用于给开关管提供驱动电压；

所述开关管，所述开关管的输入端与所述驱动电路连接，所述开关管的输出端与所述二极管(D1)的阳极相连。

3.根据权利要求2所述开关量输入装置，其特征在于，所述开关管包括：P沟道MOSFET开关管。

4.根据权利要求2所述开关量输入装置，其特征在于，所述驱动电路包括：两个串联的分压电阻。

5.根据权利要求3所述开关量输入装置，其特征在于，所述二极管(D1)的阳极与所述P沟道MOSFET开关管的漏极相连接。

6.根据权利要求1所述开关量输入装置，其特征在于，所述开关量输入电路还包括：瞬态电压抑制器，所述瞬态电压抑制器的第一阳极与所述第二输入端连接，所述瞬态电压抑制器的第二阳极与低电平连接。

7.根据权利要求1所述开关量输入装置，其特征在于，所述电平配置电路的输出端分别与多个所述开关量输入电路的所述第一输入端连接，其中，每个开关量输入电路具有一个所述第二输入端。

8.根据权利要求7所述开关量输入装置，其特征在于，所述电平配置电路的输出端分别与8个所述开关量输入电路的所述第一输入端连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述开关量输入装置，其特征在于，所述第二输入端通过第一开关与高电平连接。

10.根据权利要求1至8中任一项所述开关量输入装置，其特征在于，所述第二输入端通过第二开关与低电平连接。

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