CN209927987U - 开关量检测电路及防雷设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及开关量检测技术领域，公开一种开关量检测电路及防雷设备。其中，开关量检测电路包括：隔离电流源、采集电路、隔离电路及输出电路，采集电路与隔离电流源连接，隔离电路与采集电路连接，输出电路与隔离电路连接。一方面，当在雷电在附近发生时，浪涌电压未能够馈入隔离电流源或输出电路，并且，来自隔离电流源或输出电路的浪涌电压也未能够馈入隔离电路或采集电路中，因此，其安全可靠，且可防雷击。另一方面，采用检测电流方式采集开关量，由于检测电流不容易衰减，因此，其采集的开关量结果比较准确，并且检测电流的传输距离长，其增加了布局开关量检测电路的灵活性。

Description

开关量检测电路及防雷设备

【技术领域】

本实用新型涉及开关量检测技术领域，尤其涉及一种开关量检测电路及防雷设备。

【背景技术】

开关量检测电路适用于外部负载的开关量的检测，通过检测外部负载的开关量，以便作出符合业务需求的操作逻辑。

开关量检测电路往往工作在比较恶劣的环境中，例如，当开关量检测电路附近落雷时，浪涌电压馈入开关量检测电路，容易击穿开关量检测电路中元器件，形成不可逆转的损坏。

【实用新型内容】

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种开关量检测电路及防雷设备，其安全可靠。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种开关量检测电路，包括：

隔离电流源，用于提供检测电流；

采集电路，与所述隔离电流源连接，用于响应于所述检测电流的激励，采集外部负载的开关量，得到采集信号；

隔离电路，与所述采集电路连接，用于根据所述采集信号，生成隔离信号；以及

输出电路，与所述隔离电路连接，用于根据所述隔离信号，输出与所述开关量一致的开关状态信号。

可选地，所述隔离电路包括光电隔离电路，所述光电隔离电路与所述隔离电流源连接。

可选地，所述光电隔离电路包括若干组光电隔离单元，各个所述光电隔离单元相互串联。

可选地，所述光电隔离单元包括光耦、光纤隔离器或数电隔离器。

可选地，所述输出电路包括：

电源电路，用于提供电源；

开关电路，与所述电源电路连接，用于根据所述隔离信号，工作在导通状态或截止状态；

激励检测表，与所述开关电路连接，用于根据所述隔离信号，输出与所述开关量一致的开关状态信号，在所述开关电路工作在导通状态时，所述电源施加于所述激励检测表，在所述开关电路工作在截止状态时，所述电源未施加于所述激励检测表。

可选地，所述电源电路包括用于提供隔离电源的隔离电源电路。

可选地，所述开关量检测电路还包括保护电路，所述保护电路并联于所述光电隔离单元的两端。

可选地，所述保护电路包括第一电阻，所述第一电阻并联在所述光电隔离单元的两端。

可选地，所述光电隔离单元包括发光二极管与光电三极管；

所述开关电路包括NPN三极管、第二电阻及第三电阻；

所述发光二极管的正极分别与所述采集电路一端和所述第一电阻一端连接，所述发光二极管的负极分别与所述采集电路另一端和所述第一电阻另一端连接，所述光电三极管的基极用于感应所述发光二极管发出的光，所述光电三极管的集电极分别与所述电源电路和所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端和所述NPN三极管的集电极连接，所述光电三极管的发射极分别与所述NPN三极管的基极连接，所述NPN三极管的发射极与所述第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端接地。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种防雷设备，包括任一项所述的开关量检测电路。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种开关量检测电路。隔离电流源用于提供检测电流；采集电路与隔离电流源连接，用于响应于检测电流的激励，采集外部负载的开关量，得到采集信号；隔离电路与采集电路连接，用于根据采集信号，生成隔离信号；输出电路与隔离电路连接，用于根据隔离信号，输出与开关量一致的开关状态信号。一方面，当在雷电在附近发生时，浪涌电压未能够馈入隔离电流源或输出电路，并且，来自隔离电流源或输出电路的浪涌电压也未能够馈入隔离电路或采集电路中，因此，其安全可靠，且可防雷击。另一方面，采用检测电流方式采集开关量，由于检测电流不容易衰减，因此，其采集的开关量结果比较准确，并且检测电流的传输距离长，其增加了布局开关量检测电路的灵活性。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种防雷设备采集外部负载开关量的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种开关量检测电路的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例提供的一种开关量检测电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种开关量检测电路的电路连接示意图；

图5为本实用新型再一实施例提供的一种开关量检测电路的电路连接示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。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。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例提供的开关量检测电路可与其它部件构成防雷设备。请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种防雷设备采集外部负载开关量的示意图。如图1所示，防雷设备100与外部负载200连接，用于采集外部负载200的开关量。

外部负载200可以为任意类型合适的电子设备或部件，一般的，外部负载200的开关量都具有闭合和断开两种状态，例如，外部负载200可以为干式接点开关，干式接点开关是一种两端点的无源开关，两个端点之间没有极性，可以进行互换。其中，干式接点开关的两个端点分别连接导线，当干式接点开关闭合时，干式接点开关形成的环路呈闭环状态，当干式接点开关断开时，干式接点开关形成的环路呈开环状态。常见的干式接点开关包括限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等机械式开关，还包括按键开关、各种传感器的输出(例如火灾报警传感器、振动传感器、烟雾传感器等)以及继电器和单簧管的输出。

可以理解的是，通过检测外部负载200形成的闭合回路或开环回路中的电压信号或电流信号或模拟信号，便可以采集到外部负载200的开关量，例如，采集到外部负载200工作在闭合状态，于是，开关量为闭合状态。采集到外部负载200工作在断开状态，于是，开关量为断开状态。

在一些实施例中，防雷设备100包括开关量检测电路300，检测时，开关量检测电路300连接上外部负载200，用于检测外部负载200的开关量。

请继续参阅图1，开关量检测电路300包括隔离电流源31、采集电路32、隔离电路33、输出电路34以及保护电路35。

隔离电流源31用于提供检测电流。在一些实施例中，隔离电流源31为恒流源，因此，该检测电流可以为恒定电流。采用恒定电流采集开关量，其能够更加准确地得到开关量结果。

在理想状况下，隔离电流源31的回路中的电流处处相等，实际应用中，隔离电流源31在电压发生变化时，电流的波动不明显，可将其看作是理想电流源，输出电流看作是在传输的过程中没有任何的衰减，提高开关量采集的准确性和可靠性。在一些实施例中，所述隔离电流源20可以采用其它激励源替代，为采集电路32提供电源。

采集电路32与隔离电流源31连接，采集电路32用于响应于检测电流的激励，采集外部负载200的开关量，得到采集信号。例如，在一些外部负载中，当外部负载200工作时，亦即，控制外部负载200的开关闭合时，检测电流可促使采集电路32输出第一电压或第一电流以作为采集信号，并且，第一电压或第一电流可施加在隔离电路33上，例如，由于外部负载200、采集电路32、隔离电路33构成闭合回路，采集信号为检测电流，检测电流流经外部负载200、采集电流32及隔离电路33。

当外部负载200未工作时，亦即，控制外部负载200的开关断开时，检测电流可促使采集电路32输出第二电压或第二电流以作为采集信号，例如，第二电压或第二电流为0，亦即，第二电压或第二电流未能够施加在隔离电路33上，例如，由于外部负载200、采集电路32、隔离电路33未构成闭合回路，采集信号为0。

可以理解的是，第二电压与第一电压不同，或者，第二电流与第一电流不同，由于不同，外部负载工作在不同状态便呈现不同的开关量，通过采集开关量，便可以表征外部负载的工作状态。

隔离电路33与采集电路32连接，隔离电路33用于根据采集信号，生成隔离信号，不同开关量对应不同采集信号，不同采集信号对应不同隔离信号。例如，当控制外部负载200的开关闭合时，开关量为闭合状态，由于检测电流流经采集电流32及隔离电路33，因此，采集信号为检测电流，检测电流促使隔离电路33产生高电平的隔离信号。当控制外部负载200的开关断开时，开关量为断开状态，由于检测电流未流经采集电流32及隔离电路33，因此，采集信号为0，为0的采集信号促使隔离电路33产生低电平的隔离信号，此处相当于：由于检测电流未流经隔离电路33，隔离电路33不工作，于是，隔离电路33输出低电平的隔离信号。

输出电路34与隔离电路33连接，输出电路34用于根据隔离信号，输出与开关量一致的开关状态信号。例如，输出电路34接收到高电平的隔离信号时，此时，开关量是闭合状态，于是输出电路34输出可以表征外部负载处于闭合状态的开关状态信号。输出电路34接收到低电平的隔离信号时，此时，开关量是断开状态，于是输出电路34输出可以表征外部负载处于断开状态的开关状态信号。

保护电路35并联于隔离电路33的两端，用于保护隔离电路33免被浪涌电压损坏。

综上所述，一方面，当在雷电在附近发生时，线路感应到的浪涌电压或者开关量检测电路的安装地被雷击时产生的浪涌电压未能够馈入隔离电流源或输出电路，并且，来自隔离电流源或输出电路的浪涌电压也未能够馈入隔离电路或采集电路中，因此，其防止浪涌电压沿线路在不同的电位之间的设备传输，并且安全可靠，且可防雷击。另一方面，采用检测电流方式采集开关量，由于检测电流不容易衰减，因此，其采集的开关量结果比较准确，并且检测电流的传输距离长，其增加了布局开关量检测电路的灵活性。

请参阅图2，在一些实施例中，隔离电路33包括光电隔离电路331，所述光电隔离电路331与所述隔离电流源31连接。

所述光电隔离电路331包括若干组光电隔离单元3311，各个所述光电隔离单元3311相互串联。所述光电隔离单元3311包括光耦、光纤隔离器或者数电隔离器。

其中，所述光纤隔离器根据偏振特性可分为偏振无关型和偏振相关型，光纤隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光纤隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。所述数字隔离器是电子系统中，数字信号和模拟信号进行传递时，使其且具有很高的电阻隔离特性，以实现电子系统与用户之间的隔离的一种芯片。例如，电流隔离确保数据传输不是通过电气连接或泄漏路径，从而避免安全风险。

可以理解，雷电对电气设备、线路或建筑物的影响一共包括以下三种情况：

(1)当雷电直接击中电气设备、线路或建筑物时，强大的雷电流通过其进入大地，在被击物上形成较高的电位降。

(2)当雷电击中电气设备、线路或建筑物附近时，在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去。或者，由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中的导体会感应出极大的电动势，使有气隙的导体之间放电，产生火花，引起火灾。

(3)当雷电击中线路、金属管道等时，雷电沿线路、金属管道等侵入变配电所或建筑物而造成过电压的现象。

雷电发生时，无论属于以上是那种情况的哪一种，其产生的电压为3-200百万伏特，与大地形成较高电势的共模电压，相关设备或元器件可能会被击穿。单一的所述光电隔离单元3311能够承受的电压有限，故而，在本实施例中，采用若干组光电隔离单元3311的方式，所述光电隔离单元3311对该共模电压进行分压，可以提高所述光电隔离电路331的耐压能力，实现有效的防雷。

请参阅图3，输出电路34包括电源电路341、开关电路342和激励检测表343。

电源电路341用于提供电源，在一些实施例中，电源电路341包括用于提供隔离电源的隔离电源电路。

开关电路342与电源电路341连接，开关电路342用于根据隔离信号，工作在导通状态或截止状态。

激励检测表343与开关电路342连接，激励检测表343用于根据隔离信号，输出与开关量一致的开关状态信号，在开关电路342工作在导通状态时，电源施加于激励检测表343，在开关电路342工作在截止状态时，电源未施加于激励检测表343。

如图4所示，保护电路35包括第一电阻R1，第一电阻R1并联在光电隔离单元3311的两端。光电隔离单元3311包括发光二极管D1与光电三极管Q1。开关电路342包括NPN三极管Q2、第二电阻R2及第三电阻R3。

发光二极管D1的正极分别与采集电路32一端和第一电阻R1一端连接，发光二极管D1的负极分别与采集电路32另一端和第一电阻R1另一端连接，光电三极管Q1的基极用于感应发光二极管D1发出的光，光电三极管Q1的集电极分别与电源电路341和第二电阻R2一端连接，第二电阻R2另一端与NPN三极管Q2的集电极连接，光电三极管Q1的发射极分别与NPN三极管Q2的基极连接，NPN三极管Q2的发射极与第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端接地。

具体的，当外部负载200的开关闭合时，在所述隔离电流源31的作用下，检测电流流经发光二极管D1，发光二极管D1导通，发出光线。光电三极管Q1感应发光二极管D1发出的光，将其转化为电流信号，即隔离信号。隔离信号是光电隔离单元3311的输入端(即前端或远端)将电压信号转化为光信号，经过耦合作用，所述光电隔离单元3311的输出端将光信号转化为电信号，完成电-光-电的转换。

请继续参阅图4，当激励检测表343为电压表或PLC模拟检测电路时，所述电压表或PLC模拟检测电路并联在第二电阻R2的两端。

请参阅图5，当激励检测表343为电流表时，激励检测表343串联在所述第二电阻R2和所述NPN三极管Q2的基极之间。优选地，在正常使用状态下，即未有落雷发生时，可以通过所述激励检测表343的表盘上显示的数值进行判断，若该数值大于或等于预设阈值时，判断外部负载200的开关量为闭合状态，若该数值小于或等于预设阈值时，判断外部负载200的开关量为断开状态。

第一电阻R1可以将所述发光二极管D1两端的电压钳位在一定的数值，以保护所述发光二极管D1不会被高电势击穿。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种开关量检测电路，其特征在于，包括：

隔离电流源，用于提供检测电流；

采集电路，与所述隔离电流源连接，用于响应于所述检测电流的激励，采集外部负载的开关量，得到采集信号；

隔离电路，与所述采集电路连接，用于根据所述采集信号，生成隔离信号；以及

输出电路，与所述隔离电路连接，用于根据所述隔离信号，输出与所述开关量一致的开关状态信号。

2.根据权利要求1所述的开关量检测电路，其特征在于，所述隔离电路包括光电隔离电路，所述光电隔离电路与所述隔离电流源连接。

3.根据权利要求2所述的开关量检测电路，其特征在于，所述光电隔离电路包括若干组光电隔离单元，各个所述光电隔离单元相互串联。

4.根据权利要求3所述的开关量检测电路，其特征在于，所述光电隔离单元包括光耦、光纤隔离器或数电隔离器。

5.根据权利要求3所述的开关量检测电路，其特征在于，所述输出电路包括：

电源电路，用于提供电源；

开关电路，与所述电源电路连接，用于根据所述隔离信号，工作在导通状态或截止状态；

激励检测表，与所述开关电路连接，用于根据所述隔离信号，输出与所述开关量一致的开关状态信号，在所述开关电路工作在导通状态时，所述电源施加于所述激励检测表，在所述开关电路工作在截止状态时，所述电源未施加于所述激励检测表。

6.根据权利要求5所述的开关量检测电路，其特征在于，所述电源电路包括用于提供隔离电源的隔离电源电路。

7.根据权利要求6所述的开关量检测电路，其特征在于，所述开关量检测电路还包括保护电路，所述保护电路并联于所述光电隔离单元的两端。

8.根据权利要求7所述的开关量检测电路，其特征在于，所述保护电路包括第一电阻，所述第一电阻并联在所述光电隔离单元的两端。

9.根据权利要求8所述的开关量检测电路，其特征在于，

所述光电隔离单元包括发光二极管与光电三极管；

所述开关电路包括NPN三极管、第二电阻及第三电阻；

所述发光二极管的正极分别与所述采集电路一端和所述第一电阻一端连接，所述发光二极管的负极分别与所述采集电路另一端和所述第一电阻另一端连接，所述光电三极管的基极用于感应所述发光二极管发出的光，所述光电三极管的集电极分别与所述电源电路和所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端和所述NPN三极管的集电极连接，所述光电三极管的发射极分别与所述NPN三极管的基极连接，所述NPN三极管的发射极与所述第三电阻一端连接，所述第三电阻另一端接地。

10.一种防雷设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的开关量检测电路。

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