CN208386141U - 输出保护装置及末端控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种输出保护装置及末端控制器，在一个例子中，所述输出保护装置包括隔离单元、开关单元、第一保护单元；所述隔离单元、开关单元、第一保护单元依次电连接；所述隔离单元用于接收输入信号，并向所述开关单元发送控制信号；所述开关单元用于向所述第一保护单元发送启动信号；所述第一保护单元用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

Description

输出保护装置及末端控制器

技术领域

本实用新型涉及工业控制领域，具体而言，涉及一种输出保护装置及末端控制器。

背景技术

在工业自动化控制系统中，数字量输出控制是不可或缺的一部分，为了确保数字量输出电路的稳定性，需要增加外围保护结构。目前针对数字量输出电路的保护方式存在较大弊端，因为在输出口接感性负载时，需要使用者自行外接续流二极管，使用不方便。另外，增加续流会带来其他问题，例如，负载没断电的情况下，数字量输出装置断电，电流就会通过续流二极管进入数字量输出装置，进一步会引起电气误动作并影响控制系统的正常工作。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种输出保护装置及末端控制器。

本实用新型实施例提供了输出保护装置，包括隔离单元、开关单元、第一保护单元；

所述隔离单元、开关单元、第一保护单元依次电连接；

所述隔离单元用于接收输入信号，并向所述开关单元发送控制信号；

所述开关单元用于向所述第一保护单元发送启动信号；

所述第一保护单元用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

在本实用新型的可选实施例中，所述隔离单元包括光电耦合器、第一电源、上拉电阻；

所述光电耦合器的第一端通过所述上拉电阻连接所述第一电源；所述光电耦合器的第二端用于接入所述输入信号；

所述光电耦合器的第三端用于连接外部电源；

所述光电耦合器的第四端与所述开关单元电连接。

在本实用新型的可选实施例中，所述光电耦合器可以是PC817、LTV356、LTV214、LTV217、TLP521中的任意一种。

在本实用新型的可选实施例中，所述开关单元包括分压单元、开关管；

所述分压单元包括限流电阻和分压电阻；

所述开关管的第一端通过所述限流电阻与所述隔离单元连接，还通过所述分压电阻接地；

所述开关管的第二端与所述第一保护单元电连接；

所述开关管的第三端接地。

在本实用新型的可选实施例中，所述第一保护单元包括自恢复保险丝和瞬态二极管；

所述自恢复保险丝的第一端与所述开关单元连接；

所述自恢复保险丝的第二端与所述瞬态二极管的第一端连接，所述瞬态二极管的第二端接地；

所述自恢复保险丝的第二端和所述瞬态二极管的第一端用于连接外部负载。

本实用新型还提供了一种末端控制器，包括数字量输出装置以及多个输出保护装置；

所述数字量输出装置与多个所述输出保护装置连接；所述数字量输出装置用于输出第一控制信号，所述输出保护装置用于根据所述第一控制信号输出第二控制信号；

每一个所述输出保护装置包括隔离单元、开关单元、第一保护单元，所述隔离单元、开关单元、第一保护单元依次电连接；

所述隔离单元用于接收输入信号，并向所述开关单元发送控制信号；

所述开关单元用于向所述第一保护单元发送启动信号；

所述第一保护单元用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

在本实用新型的可选实施例中，所述隔离单元包括光电耦合器、第一电源、上拉电阻；

所述光电耦合器的第一端通过所述上拉电阻连接所述第一电源；

所述光电耦合器的第二端用于接入所述输入信号；

所述光电耦合器的第三端用于连接外部电源；

所述光电耦合器的第四端与所述开关单元电连接。

在本实用新型的可选实施例中，所述开关单元包括分压单元、开关管；

所述分压单元包括限流电阻和分压电阻；

所述开关管的第一端通过所述限流电阻与所述隔离单元连接，还通过所述分压电阻接地；

所述开关管的第二端与所述第一保护单元电连接；

所述开关管的第三端接地。

在本实用新型的可选实施例中，所述第一保护单元包括自恢复保险丝和瞬态二极管；

所述自恢复保险丝的第一端与所述开关单元连接；

所述自恢复保险丝的第二端与所述瞬态二极管的第一端连接，所述瞬态二极管的第二端接地；

所述自恢复保险丝的第二端和所述瞬态二极管的第一端用于连接外部负载。

在本实用新型的可选实施例中，多个所述输出保护装置集成在一个电路板上。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种输出保护装置及末端控制器，通过隔离单元进行信号隔离与耦合传输，再通过开关单元的导通以向外部负载提供启动信号，保护单元可以在负载端产生过流时，对装置的输出口进行保护。当装置的输出口接外部感性负载时，输出口关断时外部感性负载会产生反向电动势，保护单元能够吸收外部感性负载产生的反向电压，从而防止对装置造成损坏。因此，使用者不用再外接续流二极管，提高了使用灵活性，进一步可以避免由于外接续流二极管带来的问题，防止电气误动作，实现稳定可靠的保护功能。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的输出保护装置的示意图。

图2示出了本实用新型实施例所提供的末端控制器的电路示意图。

图3示出了本实用新型实施例所提供的末端控制器的方框示意图。

图标：1-末端控制器；10-输出保护装置；110-隔离单元；U1-光电耦合器；V1-第一电源；V2-外部电源；R1-上拉电阻；120-开关单元；121-分压单元；R2-限流电阻；R3-分压电阻；Q1-开关管；130-第一保护单元；F1-自恢复保险丝；D1-瞬态二极管；20-数字量输出装置；210-电路板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是直接相连，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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本实施例提供了一种输出保护装置10，如图1所示，所述输出保护装置10包括隔离单元110、开关单元120、第一保护单元130。其中，图1中的“IN1”用于连接外部数字量输出装置的一个输出口，“OUT1”用于连接外部负载。

所述隔离单元110、开关单元120、第一保护单元130依次电连接。

所述隔离单元110用于接收输入信号，并向所述开关单元120发送控制信号。

所述开关单元120用于向所述第一保护单元130发送启动信号。

所述第一保护单元130用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

其中，所述隔离单元110可用于连接外部数字量输出装置的输出端，所述外部数字量输出装置能够进行数字量输出。当所述隔离单元110接收到有效的输入信号时，所述隔离单元110的输出端驱动所述开关单元120导通，以使所述外部数字量输出装置输出的信号能够传递到所述输出保护装置10的输出端。

本实施例中，所述开关单元120的输出端可以通过所述第一保护单元130与外部负载连接。

一方面，通过所述第一保护单元130能够防止电流过大而造成整个输出保护装置10的输出端不能工作，即在发生短路或者过流时起到保护电路的作用；另一方面，还能够简化使用者的使用步骤，使用者不需再外接续流二极管就可实现保护功能，进一步能够杜绝由于外接续流二极管带来的问题。其中，外接续流二极管出现的情况是，在负载不断电但是数字量输出装置20断电时，电流会通过续流二极管进入数字量装置，从而引起电气误动作并影响控制系统正常工作。

其中，所述外部数字量输出装置可以是单片机、FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuits,专用集成电路)中的任意一种或多种。

在本实施例中，所述第一保护单元130包括自恢复保险丝F1和瞬态二极管D1。

所述自恢复保险丝F1的第一端与所述开关单元120连接。

所述自恢复保险丝F1的第二端与所述瞬态二极管D1的第一端连接，所述瞬态二极管D1的第二端接地。

所述自恢复保险丝F1的第二端和所述瞬态二极管D1的第一端用于连接外部负载。

其中，所述自恢复保险丝F1可以是MSM075/33、MF-SMDF050、SMD1812B075TF/33、1812L050/30中的任意一种。

通过所述自恢复保险丝F1能够实现对装置的过流保护和短路保护，当装置的输出端电流过大或者短路时，所述自恢复保险丝F1内的保险丝断开以实现对电路的保护；当电路中的电流恢复正常后保险丝恢复进入低阻状态导通电路，电路正常工作。

本实施例中，所述第一保护单元130采用独立的所述自恢复保险丝F1，因此，该路输出会单独断开，不会对其他输出支路造成影响。

所述瞬态二极管D1可以是SMAJ28CA、SMBJ28CA、SM15T30CA、SMF28A中的任意一种。本领域技术人员可以根据实际外部负载的电源电压的需要来任意选择所述瞬态二极管D1，以使所述瞬态二极管D1的工作电压能够满足实际需求。在一种应用场景中，所述瞬态二极管D1的工作电压范围是28-30V，例如可以是28V，也可以是29V，还可以是30V。

通过所述瞬态二极管D1能够在外部感性负载产生反向电动势时被快速击穿以吸收能量，从而防止反向电动势对所述开关单元120造成损害。

在本实施例中，如图1所示，所述隔离单元110包括光电耦合器U1、第一电源V1、上拉电阻R1。

所述光电耦合器U1的第一端通过所述上拉电阻R1连接所述第一电源V1，所述光电耦合器U1的第二端用于接入所述输入信号，所述光电耦合器U1的第三端用于连接外部电源V2，所述光电耦合器U1的第四端与所述开关单元120电连接。

其中，所述第一电源V1的电压可以是3.3V，也可以是5V，还可以是6V。所述外部电源V2的电压可以是12V，也可以是15V，还可以是24V。在一个实例中，所述第一电源V1的电压是3.3V，所述外部电源V2提供的电压是24V。

所述光电耦合器U1内部有发光二极管和光电晶体管，所述发光二极管的阳极为所述光电耦合器U1的第一端；所述发光二极管的阴极为所述光电耦合器U1的第二端；所述光电晶体管的电源输入端为所述光电耦合器U1的第三端，所述光电晶体管的输出端为所述光电耦合器U1的第四端。

其中，所述光电耦合器U1可以是PC817、LTV356、LTV214、LTV217、TLP521中的任意一种。

通过所述隔离单元110能够将所述光电耦合器U1的输入信号进行隔离，并将所述输入信号耦合形成所述光电耦合器U1的输出信号，所述所述光电耦合器U1的输出信号可以驱动所述开关单元120工作。

在本实施例中，所述开关单元120包括分压单元121、开关管Q1。所述分压单元121包括限流电阻R2和分压电阻R3。

所述开关管Q1的第一端通过所述限流电阻R2与所述隔离单元110连接，还通过所述分压电阻R3接地。

所述开关管Q1的第二端与所述第一保护单元130电连接，所述开关管Q1的第三端接地。

其中，所述开关管Q1可以是MOSFET管，(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，也可以是双极型三极管。

在一种实施方式中，所述开关管Q1是MOSFET管，所述开关管Q1的栅极通过所述限流电阻R2与所述隔离单元110连接，还通过所述分压电阻R3接地，所述开关管Q1的源极接地，所述开关管Q1的漏极与所述第一保护单元130连接。

在一个实例中，所述外部数字量输出装置的输出口与所述输出保护装置10的输入端连接，所述输出保护装置10的输出端与外部负载连接。当所述外部数字量输出装置输出低电平时，所述光电耦合器U1导通，所述开关管Q1导通。所述开关管Q1作为低边开关，控制外部负载导通。当外部负载端产生过流时，由于所述输出保护装置10的输出口设有独立的所述自恢复保险丝F1，只有该输出保护装置10的输出会断开，不会对所述外部数字量输出装置的其他输出口造成影响。同理，在另一个实例中，所述开关管Q1也可以作为高边开关，当所述开关管Q1是MOSFET高边开关时，所述开关管Q1的栅极通过所述分压单元121与所述隔离单元110连接，所述开关管Q1的漏极连接所述第一保护单元130，所述开关管Q1的源极接电源。

本实用新型提供的一种输出保护装置10，通过隔离单元110进行信号隔离与耦合传输，再通过开关单元120的导通以向外部负载提供启动信号，保护单元可以在负载端产生过流或者短路时，对装置的输出口进行保护。当装置的输出口接外部感性负载时，输出口关断时外部感性负载会产生反向电动势，保护单元能够吸收外部感性负载产生的反向电压，从而防止对装置造成损坏。因此，使用者不用再外接续流二极管，提高了使用灵活性，进一步可以避免由于外接续流二极管带来的问题，实现稳定可靠的保护功能。

第二实施例

本实施例提供了一种末端控制器1，如图2所示，所述末端控制器1包括数字量输出装置20以及多个输出保护装置10。其中，图2中的“OUT1”、“OUT2”、“OUT3”用于连接外部负载。

所述数字量输出装置20与多个所述输出保护装置10连接，所述数字量输出装置20用于输出第一控制信号，所述输出保护装置10用于根据所述第一控制信号输出第二控制信号。

其中，所述第一控制信号可以是数字信号，也可以是根据数字信号转化得到的模拟信号；所述第二控制信号可以作为外部负载的开关信号。

每一个所述输出保护装置10包括隔离单元110、开关单元120、第一保护单元130，所述隔离单元110、开关单元120、第一保护单元130依次电连接。

所述隔离单元110用于接收输入信号，并向所述开关单元120发送控制信号。所述开关单元120用于向所述第一保护单元130发送启动信号。所述第一保护单元130用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

本实施例中，所述数字量输出装置20有多个数据输出口，每一个数据输出口连接一个所述输出保护装置10。当其中一个所述输出保护装置10的输出口发生负载过流保护或者感性负载反向电动势保护时，所述输出保护装置10独立工作，不会影响其他输出口的所述输出保护装置10输出第二控制信号。

在本实施例中，所述隔离单元110包括光电耦合器U1、第一电源V1、上拉电阻R1。所述光电耦合器U1的第一端通过所述上拉电阻R1连接所述第一电源V1，所述光电耦合器U1的第二端用于接入所述输入信号，所述光电耦合器U1的第三端用于连接外部电源V2，所述光电耦合器U1的第四端与所述开关单元120电连接。

在本实施例中，所述第一保护单元130包括自恢复保险丝F1和瞬态二极管D1。所述自恢复保险丝F1的第一端与所述开关单元120连接。所述自恢复保险丝F1的第二端与所述瞬态二极管D1的第一端连接，所述瞬态二极管D1的第二端接地。所述自恢复保险丝F1的第二端和所述瞬态二极管D1的第一端用于连接外部负载。

本实施例中，所述开关单元120包括分压单元121、开关管Q1；所述开关管Q1的第一端通过所述分压单元121与所述隔离单元110连接，所述开关管Q1的第二端连接所述第一保护单元130，所述开关管Q1的第三端接地。

在本实施例中，如图3所示，多个所述输出保护装置10集成在一个电路板210上。在一种实施方式中，每一个所述输出保护装置10可分别用于连接一个外部负载；在另一种实施方式中，多个所述输出保护装置10可用于连接同一个外部负载。

其中，可以将一个输出保护装置10先集成在同一模块内，在将多个所述输出保护装置10对应的多个模块集成在一个电路板210上。将所述输出保护装置10集成可以减小装置体积，并提高装置的稳定性。

关于本实施例中所述输出保护装置10的其他细节可以进一步参考上一实施例所述的输出保护装置10的相关描述，在此不再赘述。

综上所述，本实施例提供的末端控制器1将多个输出保护装置10分别与数字量输出装置20的多个输出口连接，每一个输出保护装置10单独进行电路保护，不会影响其他电路的正常工作。在外接的感性负载产生反向电动势时，所述输出保护装置10可以防止反向电动势对数字量输出装置20造成损害。

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)

1.一种输出保护装置，其特征在于，包括隔离单元、开关单元、第一保护单元；

所述隔离单元、开关单元、第一保护单元依次电连接；

所述隔离单元用于接收输入信号，并向所述开关单元发送控制信号；

所述开关单元用于向所述第一保护单元发送启动信号；

所述第一保护单元用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

2.如权利要求1所述的输出保护装置，其特征在于，所述隔离单元包括光电耦合器、第一电源、上拉电阻；

所述光电耦合器的第一端通过所述上拉电阻连接所述第一电源；所述光电耦合器的第二端用于接入所述输入信号；

所述光电耦合器的第三端用于连接外部电源；

所述光电耦合器的第四端与所述开关单元电连接。

3.如权利要求2所述的输出保护装置，其特征在于，所述光电耦合器可以是PC817、LTV356、LTV214、LTV217、TLP521中的任意一种。

4.如权利要求1所述的输出保护装置，其特征在于，所述开关单元包括分压单元、开关管；

所述分压单元包括限流电阻和分压电阻；

所述开关管的第一端通过所述限流电阻与所述隔离单元连接，还通过所述分压电阻接地；

所述开关管的第二端与所述第一保护单元电连接；

所述开关管的第三端接地。

5.如权利要求1-4任一项所述的输出保护装置，其特征在于，所述第一保护单元包括自恢复保险丝和瞬态二极管；

所述自恢复保险丝的第一端与所述开关单元连接；

所述自恢复保险丝的第二端与所述瞬态二极管的第一端连接，所述瞬态二极管的第二端接地；

所述自恢复保险丝的第二端和所述瞬态二极管的第一端用于连接外部负载。

6.一种末端控制器，其特征在于，包括数字量输出装置以及多个输出保护装置；

所述数字量输出装置与多个所述输出保护装置连接；所述数字量输出装置用于输出第一控制信号，所述输出保护装置用于根据所述第一控制信号输出第二控制信号；

每一个所述输出保护装置包括隔离单元、开关单元、第一保护单元，所述隔离单元、开关单元、第一保护单元依次电连接；

所述隔离单元用于接收输入信号，并向所述开关单元发送控制信号；

所述开关单元用于向所述第一保护单元发送启动信号；

所述第一保护单元用于吸收来自外部感性负载产生的反向电动势。

7.如权利要求6所述的末端控制器，其特征在于，所述隔离单元包括光电耦合器、第一电源、上拉电阻；

所述光电耦合器的第一端通过所述上拉电阻连接所述第一电源；

所述光电耦合器的第二端用于接入所述输入信号；

所述光电耦合器的第三端用于连接外部电源；

所述光电耦合器的第四端与所述开关单元电连接。

8.如权利要求6所述的末端控制器，其特征在于，所述开关单元包括分压单元、开关管；

所述分压单元包括限流电阻和分压电阻；

所述开关管的第一端通过所述限流电阻与所述隔离单元连接，还通过所述分压电阻接地；

所述开关管的第二端与所述第一保护单元电连接；

所述开关管的第三端接地。

9.如权利要求6所述的末端控制器，其特征在于，所述第一保护单元包括自恢复保险丝和瞬态二极管；

所述自恢复保险丝的第一端与所述开关单元连接；

所述自恢复保险丝的第二端与所述瞬态二极管的第一端连接，所述瞬态二极管的第二端接地；

所述自恢复保险丝的第二端和所述瞬态二极管的第一端用于连接外部负载。

10.如权利要求6所述的末端控制器，其特征在于，多个所述输出保护装置集成在一个电路板上。