CN204258771U - Ac/dc逻辑输入接口电路及包含其的集成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的实施例提供了一种AC/DC逻辑输入接口电路及包含其的集成电路。该AC/DC逻辑输入接口电路包括AC/DC电压输入端、整流电路、限压电路、稳压电路、光耦合器以及逻辑电平输出端，其中所述AC/DC电压输入端接收直流电压或者交流电压输入，所述AC/DC电压输入端、所述整流电路、所述限压电路、所述稳压电路串联连接，所述稳压电路与所述光耦合器相耦合，并且所述光耦合器连接至所述逻辑电平输出端。
Description
技术领域
本实用新型的实施例一般涉及电压输入技术领域，并且具体地涉及一种AC/DC逻辑输入接口电路以及包含其的集成电路。
背景技术
在一些电气设备中将会涉及模拟电压输入量到数字输入量的变换，逻辑输入接口通常被用来实现模拟电压输入信号到逻辑输入信号的变换。例如，采集直流(DC)电压或交流(AC)电压信号，并将所采集的电压信号作为逻辑输入接口的电压输入信号，逻辑输入接口据此产生逻辑输入信号并将所产生的逻辑输入信号提供给控制器(或处理器)。然后，由控制器(或处理器)根据逻辑输入信号来确定所采集的交流电压信号的幅度(即有效值)，继而作出相应的处理动作。
现有的逻辑输入接口电路通常采用晶体管搭建，使得电路比较复杂，可靠性降低。并且现有的逻辑输入接口电路的输入电压信号通常仅为DC电压或仅为AC电压。虽然某些逻辑输入接口电路可以适用于DC电压以及AC电压，但是在操作中需要被适配为仅识别DC电压和AC电压中的一种，并不能在不切换的情况下对AC以及DC信号同时进行逻辑判断。
因此需要一种能够改善现有逻辑输入接口性能的方案。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的实施例提供了一种AC/DC逻辑输入接口电路，其具有简单的电路设计、高可靠性并且能够使用交流电压和直流电压作为输入。
根据本实用新型的实施例，提供了一种AC/DC逻辑输入接口电路，包括：AC/DC电压输入端、整流电路、限压电路、稳压电路、光耦合器以及逻辑电平输出端，其中所述AC/DC电压输入端接收包括直流电压或者交流电压的输入电压，所述AC/DC电压输入端、所述整流电路、所述限压电路、所述稳压电路串联连接，所述稳压电路与所述光耦合器相耦合，并且所述光耦合器连接至所述逻辑电平输出端。
在一个实施例中，该AC/DC逻辑输入接口电路还包括第一电阻器以及第二电阻器用于调节所述稳压电路的输出电压值，所述第一电阻器与所述第二电阻器串联连接，并且所述第一电阻器连接至所述稳压电路与所述光耦合器之间的节点，所述第二电阻器连接至所述光耦合器的另一个输入端。
在一个实施例中，该AC/DC逻辑输入接口电路还包括上拉电阻，所述上拉电阻的一端连接于所述光耦合器与所述逻辑电平输出端之间的节点，并且另一端连接至电源电压。
在一个实施例中，该AC/DC逻辑输入接口电路还包括第三电阻器，被配置成限制通过流经所述光耦合器的电流，所述第三电阻器串联连接在所述稳压电路与所述光耦合器之间。
在一个实施例中，所述整流电路为全波整流电路。
在一个实施例中，所述限压电路为齐纳二极管。
根据本实用新型的实施例，提供了一种集成电路，包括：根据上述的AC/DC逻辑输入接口电路、监测电路、计算电路以及判定电路，其中所述监测电路与所述逻辑电平输出端耦合，并被配置成监测其输出的电平信号，所述计算电路与所述监测电路耦合，并且被配置成根据所监测的电平信号计算所述输入电压的频率以及电压电平，所述判定电路与所述计算电路耦合，并且被配置成根据所计算的所述输入电压的频率以及所述电压电平判定所述输入电压是否有效。
在一个实施例中，该集成电路还包括滤波处理电路，所述滤波处理电路与所述监测电路耦合，并被配置成滤除所监测的电平信号中的杂讯。
在一个实施例中，该集成电路还包括与所述计算电路相耦合的硬件定时器，所述硬件定时器被配置成设置监测周期。
本实用新型的这些和其它方面参考下文中描述的实施例是显而易见的，并且将参考下文中描述的实施例进行说明。而且，本领域的技术人员将理解，两个或多个以上的上述选项、实施方式和/或本实用新型的方面以认为可用的任何方式可结合。
附图说明
通过举例方式，而不是通过限制方式，来图示本实用新型的实施例，在附图的图中：
图1示出了根据本实用新型的实施例的AC/DC逻辑输入接口电路的框图；
图2示出了根据本实用新型的实施例的AC/DC逻辑输入接口电路的示例；
图3示出了根据本实用新型的实施例的集成电路的框图；
图4示出了根据本实用新型的实施例的逻辑电平输出端的电平信号的示例；
图5示出了根据本实用新型的实施例的逻辑电平输出端的电平信号的另一个示例。
应注意，在不同图中由相同附图标记表示的项目具有相同的结构特征和相同的功能。其中如果已经对该元件的功能和/或结构进行解释，则无需在详细描述中对其重复解释。附图仅为图示性的并且未按比例绘制。特别是为清晰起见，一些尺寸被夸大。
具体实施方式
在下面的详细描述对附图进行参考，所述附图形成本说明书的一部分，并且其中通过在其中可以实践本实用新型的具体例示实施例的方式被示出。应当理解的是，可以利用其他实施例，并可作出结构或逻辑上的改变而不脱离由权利要求所限定的范围。
图1示出了根据本实用新型的实施例的AC/DC逻辑输入接口电路的框图。如图1所述，该AC/DC逻辑输入接口电路100包括AC/DC电压输入端101、整流电路102、限压电路103、稳压电路104、光耦合器105以及逻辑电平输出端106。
其中AC/DC电压输入端101可以接收直流电压或者交流电压输入，而不需要对AC/DC逻辑输入接口电路100做出改动或改变其工作模式。如图所示，AC/DC电压输入端101、整流电路102、限压电路103、稳压电路104以及光耦合器105串联连接，并且所述光耦合器连接至所述逻辑电平输出端。限压电路103对经由整流后的输入电压进行限压，并且稳压电路104根据用户的最低限制电压将接收的限压后的电压处理并且输出固定电压值。
该AC/DC逻辑输入接口电路100可以实现以下目标：例如，在输入电压为频率为f1～f2的AC电压或DC电压时，当输入电压大于第一阈值电压(VON)时，逻辑电平输出端输出的电平信号为ON(即输入信号为有效)，输入电压小于第二阈值(VOFF)时，电平输出端输出的电平信号为OFF(即输入信号为无效的)，当输入电压为第一阈值电压和第二阈值电压之间的电压时，输出的电平信号为不定状态。在一些实施例中，该AC/DC逻辑输入接口电路100用于低压电路，特别地，该AC/DC逻辑输入接口电路100适用于低于例如48V的电压。
图2示出了根据本实用新型的实施例的AC/DC逻辑输入接口电路的示例。如图2中所示，在一个实施例中，该AC/DC逻辑输入接口电路100还包括第一电阻器R1以及第二电阻器R2，所述第一电阻器R1与所述第二电阻器R2串联连接，并且所述第一电阻器R1连接至所述稳压电路104与所述光耦合器105之间的节点，所述第二电阻器R2连接至所述光耦合器的另一个输入端。该第一电阻器R1以及第二电阻器R2用于调节稳压电路104的输出电压值。
在另一个实施例中，图2中的AC/DC逻辑输入接口电路100还可以包括第三电阻器R3用于限制通过流经所述光耦合器105的电流，该第三电阻器串联连接在稳压电路104与光耦合器105之间。因此稳压电路104的输出电压和电流可以根据不同的应用进行改变。
此外，图2中的AC/DC逻辑输入接口电路100还可以包括上拉电阻R4，该上拉电阻R4的一端连接于光耦合器105与所述逻辑电平输出端106之间的节点，并且另一端连接至电源电压Vcc。
与图2相对应，在一些实施例中，该整流电路为全波整流电流，其可以用于控制电流的方向。在一些实施例中，限压电路103可以是齐纳二极管。
图3示出了根据本实用新型的实施例的集成电路的框图。如图所示该集成电路300包括之前所描述的AC/DC逻辑输入接口电路100、监测电路301、计算电路302和判定电路303。监测电路301与AC/DC逻辑输入接口电路100的逻辑电平输出端106耦合并监测其输出的电平信号，计算电路302与监测电路301耦合并且根据所监测的电平信号计算AC/DC逻辑输入接口电路100的输入的频率以及电压电平。该判定电路303与计算电路302耦合并且根据所计算的所述输入电压的频率以及电压电平判定所述输入电压是否有效
其中计算电路302根据所监测的电平信号计算AC/DC逻辑输入接口电路100的输入的频率以及电压电平基于如下原理：
1)输入电压为直流的情况下，根据逻辑电平输出端的电平高低来判断。
2)输入电压为直流的情况下，需要针对不同频率和不同幅值的交流输入电压进行判断。假设输入波形为：y＝A*sinωt。在输入交流电压经过AC/DC逻辑输入接口电路100时，其光耦合器105的导通时间不同。在整流电路102为全波整流电路的情况下，即可以计算光耦合器在半个周期内导通的宽度从而可以计算出交流电压的有效值。
即设当电压达到VOPth时，光耦合器导通，根据其输入波形得到：
y＝A*sinωt＝VOPth (1)
对方程(1)进行求解，得到：
Sinωt＝VOPth/A→ωt＝arcsin(VOPth/a)
同时，ω＝2πf，从而得到t＝arcsin(VOPth/A)/2πf，正弦信号的周期为T＝1/f，因此在输入信号的每半个周期接受的信号的宽度为：
Tlow＝T/2-2×t＝1/2f-arcsin(VOPth/A)/πf (2)
在等式(2)中f通过可以通过计算得出，VOPth根据硬件电路设计的参数值是固定的并且可以计算得出，其中Tlow是指光耦合器的导通时间，A为输入交流电压信号的幅值，
因此利用等式(2)就可以计算出每半个周期中一定频率和幅值下的低电平的宽度。
将第一阈值和第二阈值VON和VOFF换算成幅度AON和AOFF后，带入到上述等式(2)就可以求出低电平宽度Ton和Toff。根据测到的输入频率和低电平的宽度，通过计算电路302可以计算出输入电压的电平，并且判定电路303也可以用其判断输入信号的有效性。
图4示出了根据本实用新型的实施例的逻辑电平输出端的电平信号的示例。结合图4所示的波形图，由于在AC/DC逻辑输入接口电路100导通的时候，一个周期有两个脉冲出现，计算电路302通过抓取三个边缘计算出输入信号的频率f和低电平的宽度T1，并且通过将T1和给定频率下的低电平宽度进行比较，可以判断所输入的信号是否有效。即输入信号频率f＝1/t2，根据以上所述的在输入交流电压为VON和VOFF时的低电平的宽度ton和toff，当T1<toff时，输入无效，当T1>ton时，输入信号有效，并且其他为不确定状态。
图5示出了根据本实用新型的实施例的逻辑电平输出端的电平信号的另一个示例。如图5所示，在一些情况下，逻辑电平输出端的电平信号中会出现毛刺信号，即杂讯。该杂讯的存在会影响频率和电压的计算。因此在一些实施例中，集成电路300进一步包括滤波处理电路。该滤波处理电路可以滤除逻辑电平输出端的电平信号中的杂讯。
在一些实施例中，该滤波处理电路可以采用以下方式，在电平信号的每个边缘重启一个定时器，只有当这个边缘保持500us以上才认为是一个有效的边缘信号，从而滤除杂讯。
综上所述，对于图4中所示出的电平信号的波形，图3中的监测电路301、计算电路302以及判定电路303对其的处理过程如下所述。
假设对于AC/DC逻辑输入接口电路100的有效信号的频率范围为f1～f2，则图4中的T2的极限范围是1/f2～1/f1。也就是说如果在1/f2之内检测到3个以上边缘，或者在1/f1内只监测到两个边缘，说明信号频率超出范围，判定电路303判定输入电压为无效OFF状态。如果检测到3个边缘的时候1/f2<T2<1/f1，说明信号频率在范围之内。如果在频率范围内只监测到一个边缘，则可以判定输入电压信号为直流电压信号。
为了能够同时识别出不同频率的AC、DC信号，并且在两个周期之内检测到信号，集成电路300可以进一步包括定时器电路，以与电平信号的边沿相结合来完成检测。在一个实施例中其具体实施可以采用以下方式：首先在监测到第一个下降沿时，开启定时器电路，对该定时器预先设定定时时间T；在预定的定时时间T结束之前，检测3个连续的边沿(上升沿或者下降沿)，如果此时T计时在1/f2之内，则判定电路303判定该检测到的信号为干扰信号，重新开始监测下降沿以及开启定时器电路的过程；如果此时T计时大于1/f2且小于1/f1，则认为是输入电压信号符合要求的AC输入信号，如果在T结束之后，检测到的边沿数为1，则判定电路303判定输入电压为直流电压信号。对于在T在1/f2与1/f1之间，并且低电平的宽度大于ton的交流电压信号以及直流电压信号判定为输入有效。之后在直流电压信号检测到为高电平，以上有效的交流电压信号被检测到3/4个周期内为高电平的情况下，判定电路303将逻辑电平输出端的电平信号判定为无效。集成电路300以该过程重复工作。
虽然已经结合若干实施例和实施方案描述了本实用新型，但是本实用新型并不局限于此，而是覆盖各种明显的修改和等同布置，它们都落入所附权利要求的保护范围内。虽然在权利要求书中以特定组合的方式表述本实用新型的实施例的特征，但是可以设想的是，以任何组合和顺序的方式布置这些特征。
Claims (9)
1.一种AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，包括：
AC/DC电压输入端、整流电路、限压电路、稳压电路、光耦合器以及逻辑电平输出端，
其中所述AC/DC电压输入端接收包括直流电压或者交流电压的输入电压，
所述AC/DC电压输入端、所述整流电路、所述限压电路、所述稳压电路串联连接，
所述稳压电路与所述光耦合器相耦合，并且
所述光耦合器连接至所述逻辑电平输出端。
2.根据权利要求1所述的AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，还包括第一电阻器以及第二电阻器用于调节所述稳压电路的输出电压值，所述第一电阻器与所述第二电阻器串联连接，并且所述第一电阻器连接至所述稳压电路与所述光耦合器之间的节点，所述第二电阻器连接至所述光耦合器的另一个输入端。
3.根据权利要求1所述的AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，还包括上拉电阻，所述上拉电阻的一端连接于所述光耦合器与所述逻辑电平输出端之间的节点，并且另一端连接至电源电压。
4.根据权利要求1所述的AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，还包括第三电阻器，被配置成限制通过流经所述光耦合器的电流，所述第三电阻器串联连接在所述稳压电路与所述光耦合器之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，所述整流电路为全波整流电路。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的AC/DC逻辑输入接口电路，其特征在于，所述限压电路为齐纳二极管。
7.一种集成电路，其特征在于，包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的AC/DC逻辑输入接口电路、监测电路、计算电路以及判定电路，
其中所述监测电路与所述逻辑电平输出端耦合，并且被配置成监测所述逻辑电平输出端输出的电平信号，
所述计算电路与所述监测电路耦合，并且被配置成根据所监测的电平信号计算所述输入电压的频率以及电压电平，
所述判定电路与所述计算电路耦合，并且被配置成根据所计算的所述输入电压的频率以及所述电压电平判定所述输入电压是否有效。
8.根据权利要求7所述的集成电路，其特征在于，还包括滤波处理电路，所述滤波处理电路与所述监测电路耦合，并且被配置成滤除所监测的电平信号中的杂讯。
9.根据权利要求7所述的集成电路，其特征在于，还包括硬件定时器，所述硬件定时器与所述计算电路相耦合，并且被配置成设置监测周期。
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| CN201420464248.9U CN204258771U (zh) | 2014-08-15 | 2014-08-15 | Ac/dc逻辑输入接口电路及包含其的集成电路 |
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| CN201420464248.9U CN204258771U (zh) | 2014-08-15 | 2014-08-15 | Ac/dc逻辑输入接口电路及包含其的集成电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113917219A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-11 | 广东电网有限责任公司东莞供电局 | 一种自动检测报警装置 |
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2014
- 2014-08-15 CN CN201420464248.9U patent/CN204258771U/zh active Active
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| CN113917219A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-11 | 广东电网有限责任公司东莞供电局 | 一种自动检测报警装置 |
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