CN204166102U - 一种强电驱动的开关状态检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种强电驱动的开关状态检测电路，该电路用于检测开关S1的状态量，所述的检测电路包括激励电源KM、整流电桥DB1、稳压二极管VD1和VD2、电阻R1和R2、滤波电容C1、光电隔离电路OP1和电源VCC。与现有技术相比，本实用新型具有交直流通用、状态识别清晰、散热效果好等优点。

Description

一种强电驱动的开关状态检测电路

技术领域

本实用新型设计一种开关状态检测电路，尤其是涉及一种强电驱动的开关状态检测电路。

背景技术

计算机在进行逻辑处理或运算时，通常用1和0表示一个事物的真和假、有和无。例如，在利用计算机技术对电力系统运行状态监控时，不仅需要将电流、电压、温度等模拟量信号转换成数字量信号(A/D转换)，还要将诸如断路器等设备状态量传递给计算机，进行综合运算处理，以进行评估、预判等。

通常情况下，我们可以用1或0表示设备的两种运行状态。以断路器等开关设备为例，可以用“1”表示其合闸状态，用“0”表示其分闸状态，这样非常有利于计算机的采集与处理。本实用新型涉及的电路方法，旨在将以开关接点的导通或断开方式表示的设备状态，通过本实用新型的电子线路转换成为计算机可以直接采集的电平信号，并具有交直流(AC、DC)通用、状态识别清晰、抗干扰能力强、热稳定性好等特点。

类似电力、工业自动化领域，现有的开关状态量检测电路有两类：

现有方案1，采用弱电(如直流24V、12V等)激励及光电隔离。优点是电路简单、成本低，缺点是抗干扰性能差，在实际使用中，这些弱电电缆不可避免收到周围强电产生的电磁场干扰，造成误判。适合用在对可靠性要求不高，应用场合电磁环境良好的领域。其方案如图1所示，首先通过外加激励电源，将开关的通断状态转换成电信号，即开关闭合电路导通，开关断开电路亦随之断开。电阻R1起限流作用，二极管VD2和电容C1则用于反向过压保护及提高电平信号的质量。OP1是光耦原件，利用光电转换原理，传递电信号的同时将电路前后两部分隔离，可对后面的数字电路起到保护作用。该电路方案的激励电源采用DC24V或DC12V等直流弱电信号，具有电路简单、低成本等优点，但弱电激励导致其抗干扰电磁能力差、带载能力弱，只能用在电磁环境良好、可靠性要求不高、与被测开关距离较近的场合。

现有方案2，采用强电(交流市电或直流110V、直流220V)激励，光电隔离。该电路缺点是发热量大，优点是抗干扰能力强。但其抗干扰能力强的前提是通过必要的手段，使电路具有滤除干扰信号的能力。其方案如图2所示，其工作原理与方案1相同，区别在于激励电源采用强电，OP1采用双向光耦，使该电路的激励电源既可以是直流，也可以是交流，即实现交直流统一。由于采用强电激励，技术方案2在抗电磁干扰和带载能力方面较技术方案1有显著提升，广泛用于电力、工业自动化领域。但技术方案2同样存在以下不足：

1)电路对激励电源电压的响应没有明确的阈值，激励电源电压波动时可能无法正确反应S1状态变化。假设激励电源的额定电压为Ue(直流)，某些应用领域要求，当激励电源电压高于70％Ue时，能准确识别S1状态变化，即由断开到闭合或由闭合到断开；当激励电源电压低于50％Ue时，S1应始终被视为断开；而当激励电源电压介于70％Ue和50％Ue之间时，S1的状态应被视为保持不变。图2电路无法在硬件上支持上述电压阈值，一般通过软件算法弥补，特别是在激励电源为交流时，软件算法很难准确满足上述要求，降低了系统的可靠性。

2)该电路中，电路几乎所有的压降(功率消耗)都由电阻R1承担，导致R1产生较大温升，最终可能导致R1的使用寿命变短，成为系统隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种交直流通用的强电驱动的开关状态检测电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种强电驱动的开关状态检测电路，该电路用于检测开关S1的状态量，所述的检测电路包括激励电源KM、整流电桥DB1、稳压二极管VD1和VD2、电阻R1和R2、滤波电容C1、光电隔离电路OP1和电源VCC；

所述整流电桥DB1的交流侧与激励电源KM连接，待检测开关S1接在激励电源KM+与整流电桥DB1之间，所述整流电桥DB1直流侧的正极和负极分别与稳压二极管VD1的正极和电阻R1的一端连接，所述稳压二极管VD1的负极分别与稳压二极管VD2的负极、滤波电容C1的一端和光电隔离电路OP1的正极输入端连接，所述电阻R1的另一端分别与稳压二极管VD2的正极、滤波电容C1的另一端和光电隔离电路OP1的负极输入端连接，所述光电隔离电路OP1的负极输出端接地，所述光电隔离电路OP1的正极输出端通过电阻R2与电源VCC连接。

所述待检测开关S1闭合时，稳压二极管VD1导通，电流经整流电桥DB1整流，滤波电容C1滤波后流入光电隔离电路OP1输入端，数字电路输出为低电平；所述待检测开关S1断开时，稳压二极管VD1截止，数字电路输出为高电平，将机械信号转换成为电信号。

所述激励电源KM为额定220V工频交流或直流电源。

所述激励电源KM为直流时，其电压至少为154V，KM为交流时，其电压至少为109V。信号采集点A位于光电隔离电路OP1与电阻R2之间。

所述电路R1、稳压二极管VD1为单一元件或由多个元件呈串或并联组合。

所述R1和VD1共同分担电路功率消耗和散热。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)整流电路DB1、滤波电容C1的使用，使该电路具有交流、直流通用的特点。

2)稳压二极管VD1的使用及电阻R1参数配合，该电路对激励电源电压的响应具有明确的门槛值，这一点在实际应用中非常重要。

3)稳压二极管VD1和R1共同分担电路功率消耗和散热，相对于其它电路只靠电阻散热，更加稳定。

附图说明

图1为采用弱电激励及光电隔离的开关量检测电路图；

图2为采用采用强电(交流市电或直流110V、直流220V)激励，光电隔离的开关量检测电路图；

图3为本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图3所示，一种强电驱动的开关状态检测电路，该电路用于检测开关S1的状态量，所述的检测电路包括激励电源KM+和KM-、整流电桥DB1、稳压二极管VD1和VD2、电阻R1和R2、滤波电容C1、光电隔离电路OP1和电源VCC，所述整流电桥DB1的交流侧分别与激励电源KM+和KM-连接，待检测开关S1接在激励电源KM+与整流电桥DB1之间，所述整流电桥DB1直流侧的正极和负极分别与稳压二极管VD1的正极和电阻R1的一端连接，所述稳压二极管VD1的负极分别和稳压二极管VD2的负极、滤波电容C1的一端和光电隔离电路OP1的正极输入端连接，所述电阻R1的另一端分别与稳压二极管VD2的正极、滤波电容C1的另一端和光电隔离电路OP1的负极输入端连接，所述光电隔离电路OP1的负极输出端接地，所述光电隔离电路OP1的正极输出端与电阻R2一端连接，所述电阻R2另一端与电源VCC连接；

所述待检测开关S1闭合时，稳压二极管VD1导通，电流经整流电桥DB1整流，滤波电容C1滤波后流入光电隔离电路OP1输入端，数字电路输出为低电平；所述待检测开关S1断开时，稳压二极管VD1截止，数字电路输出为高电平，将机械信号转换成为电信号。

信号采集点A位于光电隔离电路OP1的输出端正极处。

S1是被监控设备自身提供的用于指示其工作状态的开关接点，有“断开”和“闭合”两种机械状态，图示电路就是要将机械状态转换成计算机可以识别的电平信号。KM+、KM-是引入的一组激励电源，可以是工频交流或直流。S1串联在激励电源回路中，利用其的“断开”与“闭合”，控制电路的通断，即可将机械状态转换成为电信号。

在实际应用中，特别是在电力、工业自动化等领域，对产品可靠性要求高。为提高系统抗干扰能力，要求上述引入的激励电源采用强电，如AC220V或DC220V。同时，在S1闭合状态下，该闭合状态能否被计算机可靠识别与当前激励电源的实际电压有关。例如，要求S1闭合状态下，激励电源电压达到额定电压的70％时，“闭合”应能被可靠识别；激励电源电压低于额定电压的50％时，S1应视为断开(即使此时S1是闭合状态)。也就是说，该电路正确响应S1的状态时，对能够对激励电源电压的要求给出明确的门槛值。

电路工作原理如下：DB1是整流电桥，用于把交流激励电源转变成直流，电路实现交流、直流通用，可以是多个二极管元件组合而成或独立的集成电路元件。VD1是稳压二极管，两端电压(正向)低于其工作电压时，处于截止工作状态，电路相当于被断开；当两端(正向)可达到或超过其工作电压时，其两端电压(压降)保持不变。VD1的使用，能够保证该电路激励电源具有明确门槛电压值，同时承担电路的主要功率消耗和散热。电阻R1用于降压，并承担部分热量的消耗和散热。R1、VD1在必要时可由多个特性相似的元件行串联或并联组合，以达到更好的使用效果。例如，激励电源是DC220V时，要求其实际电压大于70％(154V)时S1的闭合状态能被可靠识别，小于50％(110V)S1被视为断开，可将VD1换成两只压降为62V的稳压二极管串联。当激励电源电压高于154V时，两只二极管应已同时导通，R1选择选择合适的阻值，就可以保证电路状态被传递至后端电路。当激励电源电压小于110V时，两只二极管处于截止状态，电路被断开，S1状态被识别为断开。若要求当激励电源是交流时，滤波电容C1可实现滤波，平滑电压信号，提高识别可靠性。光电隔离电路OP1用于实现电气隔离，保护后端数字电路。

Claims (5)

1.一种强电驱动的开关状态检测电路，该电路用于检测开关S1的状态量，其特征在于，所述的检测电路包括激励电源KM、整流电桥DB1、稳压二极管VD1和VD2、电阻R1和R2、滤波电容C1、光电隔离电路OP1和电源VCC；

所述整流电桥DB1的交流侧与激励电源KM连接，待检测开关S1接在激励电源KM+与整流电桥DB1之间，所述整流电桥DB1直流侧的正极和负极分别与稳压二极管VD1的正极和电阻R1的一端连接，所述稳压二极管VD1的负极分别与稳压二极管VD2的负极、滤波电容C1的一端和光电隔离电路OP1的正极输入端连接，所述电阻R1的另一端分别与稳压二极管VD2的正极、滤波电容C1的另一端和光电隔离电路OP1的负极输入端连接，所述光电隔离电路OP1的负极输出端接地，所述光电隔离电路OP1的正极输出端通过电阻R2与电源VCC连接。

2.根据权利要求1所述的一种强电驱动的开关状态检测电路，其特征在于，所述激励电源KM为额定220V工频交流或直流电源。

3.根据权利要求2所述的一种强电驱动的开关状态检测电路，其特征在于，所述激励电源KM为直流时，其电压至少为154V，KM为交流时，其电压至少为109V。

4.根据权利要求1所述的一种强电驱动的开关状态检测电路，其特征在于，信号采集点A位于光电隔离电路OP1与电阻R2之间。

5.根据权利要求1所述的一种强电驱动的开关状态检测电路，其特征在于，所述电路R1、稳压二极管VD1为单一元件或由多个元件呈串或并联组合。