CN209982043U - 传感器保护电路及其传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传感器保护电路，包括MCU芯片、输出控制支路和保护检测支路，MCU芯片包括保护检测输入端和输出控制端，输出控制支路包括第四电阻和输出三极管，保护检测支路包括第一二极管，保护检测输入端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极连接动作输出端；通过保护检测支路设置二极管既起传导作用又起屏障作用，可直接监测动作输出端的电压来判断输出三极管是否处于过流状态，从而适当控制输出三极管，防止其不合理的打开而烧坏；无需要保险丝或采样电阻，撤除外部短路可自动恢复，不需要更换保险丝，反应迅速，不会增加输出电路的阻抗而带来残余电压，发热低，材料成本低。

Description

传感器保护电路及其传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种传感器保护电路及其传感器。

背景技术

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的输出端一般都采用三极管作为输出控制管，但是由于三极管的导通能力有限，因此在实际应用过程中，很容易由于外接负载短路或者电阻过小，导致流过三极管的电流过大，烧坏传感器，影响传感器的使用寿命。常规的保护方法有采用保险丝，一次性保险丝烧坏需要更换带来麻烦，自恢复保险丝又会容易老化和对环境温度敏感造成不稳定。另外也有增加电流采样电阻的方法，但又增加了传感器的输出阻抗造成残余电压过高和不必要的发热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种传感器保护电路及其传感器，设置保护检测支路，能够有效保护输出三极管，避免光电传感器烧坏，使用寿命长。

本实用新型的第一方面，提供一种传感器保护电路，包括电源正极、电源负极、动作输出端、感应检测电路、MCU芯片、输出控制支路和保护检测支路，所述电源正极和电源负极分别连接所述感应检测电路，所述MCU芯片包括感应检测输入端、保护检测输入端和输出控制端，所述感应检测电路的输出端连接所述感应检测输入端，所述输出控制支路包括第四电阻和输出三极管，所述输出控制端通过第四电阻连接至所述输出三极管的基极，输出三极管的发射极连接所述电源负极，输出三极管的集电极连接所述动作输出端，所述保护检测支路包括第一二极管，所述保护检测输入端连接所述第一二极管的正极，第一二极管的负极连接所述动作输出端。优选地，所述输出三极管为NPN型三极管。

上述传感器保护电路至少具有如下有益效果：通过保护检测支路设置二极管既起传导作用又起屏障作用，可直接监测动作输出端的电压来判断输出三极管是否处于过流状态，从而适当控制输出三极管，防止其不合理的打开而烧坏；无需要保险丝或采样电阻，撤除外部短路可自动恢复，不需要更换保险丝，反应迅速，不会增加输出电路的阻抗而带来残余电压，发热低，材料成本低。

感应检测电路在传感器检测到物品接近或者遮挡时，输出信号给MCU芯片，MCU芯片通过输出控制支路导通输出三极管，从动作输出端输出低电平，吸收负载的电流；当保护检测支路的第一二极管不能检测到低电平时，从保护检测输入端反馈给MCU芯片，MCU芯片控制输出三极管关断，整个系统处于保护状态，避免输出三极管过流，能够有效保护输出三极管，避免传感器烧坏，使用寿命长。

根据本实用新型第一方面所述的一种传感器保护电路，所述感应检测电路为电磁式感应电路，所述感应检测输入端包括接收引脚，所述电磁式感应电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二三极管、第三三极管、第四电容、第五电容、第一电感和第二电感，所述电源正极分别连接第八电阻的一端和第九电阻的一端，第八电阻的另一端分别连接接收引脚、第二三极管的集电极和第五电容的一端，第九电阻的另一端分别连接第二三极管的基极和第三三极管的基极，第三三极管的发射极连接第一电感的一端和第四电容的一端，第一电感的另一端连接第二电感的一端，第二三极管的发射极通过第十电阻连接至第一电感和第二电感的连接点处，第四电容的另一端、第五电容的另一端和第二电感的另一端均连接至电源负极。进一步，所述第二三极管和第三三极管为NPN型三极管。

根据本实用新型第一方面所述的一种传感器保护电路，所述感应检测电路为光电式感应电路，所述光电式感应电路包括发射支路和接收支路，所述感应检测输入端包括发射驱动引脚和接收引脚，所述发射支路包括第一电阻和红外线发射管，所述电源正极连接所述第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接所述红外线发射管的正极，红外线发射管的负极连接所述发射驱动引脚；所述接收支路包括第二电阻、红外线接收管、第一电容和第七电阻，所述电源正极连接所述第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接所述第一电容的一端和所述红外线接收管的正极，红外线接收管的负极连接电源负极，第一电容的另一端分别连接所述接收引脚和所述第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接所述发射驱动引脚。

根据本实用新型第一方面所述的一种传感器保护电路，所述保护检测支路还包括第十一上拉电阻，所述第十一上拉电阻一端连接所述保护检测输入端，另一端连接所述电源正极。

根据本实用新型第一方面所述的一种传感器保护电路，所述输出控制支路还包括用作输出指示的发光二极管，所述发光二极管串联在所述输出控制端和第四电阻之间。设置发光二极管可以在输出三极管导通时点亮发光，指示目前的状态。

本实用新型的第二方面，提供一种传感器保护电路，包括电源正极、电源负极、动作输出端、感应检测电路、MCU芯片、输出控制支路和保护检测支路，所述电源正极和电源负极分别连接所述感应检测电路，所述MCU芯片包括感应检测输入端、保护检测及输出控制端，所述感应检测电路的输出端连接所述感应检测输入端，所述输出控制支路包括发光二极管、第四电阻和输出三极管，所述保护检测及输出控制端连接所述发光二极管的正极，发光二极管的负极通过第四电阻连接至所述输出三极管的基极，输出三极管的发射极连接所述电源负极，输出三极管的集电极连接所述动作输出端，所述保护检测支路包括第三电阻和第一二极管，所述保护检测及输出控制端通过第三电阻连接至所述第一二极管的正极，第一二极管的负极连接所述动作输出端。

本实用新型的第二方面所述的传感器保护电路，输出控制支路和保护检测支路共用同一个引脚与MCU芯片连接，共用引脚采用功能分时处理的办法，高速功能切换可使引脚宏观上既有输入又有输出功能，能够节约MCU芯片的端口，接线简单。

本实用新型的第三方面，提供一种传感器，包括上述第一方面和第二方面所述的一种传感器保护电路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步地说明；

图1为本实用新型实施例一提供的一种传感器保护电路的原理图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种传感器保护电路的原理图；

图3为本实用新型实施例三提供的一种传感器保护电路的原理图；

图4为本实用新型实施例四提供的一种传感器保护电路的原理图；

图5为本实用新型实施例五提供的一种传感器保护电路的原理图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，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，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型的实施例一，提供一种传感器保护电路，包括电源正极P+、电源负极P-、动作输出端O1、感应检测电路10、MCU芯片U1、输出控制支路20和保护检测支路30，电源正极P+和电源负极P-分别连接感应检测电路10，MCU芯片U1包括感应检测输入端、保护检测输入端53和输出控制端54，感应检测电路10的输出端连接感应检测输入端，输出控制支路20包括第四电阻R4和输出三极管Q1，输出控制端54通过第四电阻R4连接至输出三极管Q1的基极，输出三极管Q1的发射极连接电源负极P-，输出三极管Q1的集电极连接动作输出端O1，保护检测支路30包括第一二极管D1，保护检测输入端53连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接动作输出端O1。优选地，输出三极管Q1为NPN型三极管。可以理解的是，输出三极管Q1也可以采用场效应管替代；第一二极管D1也可以采用稳压二极管替代。

在本实施例中，当有物品接近或者遮挡时，感应检测电路10检测到并输出信号给MCU芯片U1，MCU芯片U1通过输出控制支路20导通输出三极管Q1，从而动作输出端O0输出低电平，吸收负载的电流。相反地当无物品接近或者遮挡时MCU芯片U1关闭输出三极管Q1，动作输出端O1输出高电平，阻止负载的电流。

若正常打开输出三极管Q1，动作输出端O1输出低电平，通过保护检测支路30设置的第一二极管D1的传导作用正向导电，使MCU芯片U1的保护检测输入端53能够检测到低电平，整个系统处于正常工作中。但一旦MCU芯片U1的保护检测输入端53不能够检测到低电平，则可以判断为动作输出端O1输出失效而处于高电平，亦即动作输出端O1连接的负载电流过大比如短路，MCU芯片U1将通过输出控制支路20关闭输出三极管Q1，整个系统处于保护状态。

若正常关闭或保护关闭输出三极管Q1，由于动作输出端O1所接的负载是多种多样的电压，如果没有保护检测支路30设置的第一二极管D1的屏障作用反向不导电，动作输出端O1的电压很可能击坏MCU芯片U1保护检测输入端53。

通过保护检测支路30设置第一二极管D1既起传导作用又起屏障作用，可直接监测动作输出端O1的电压来判断输出三极管Q1是否处于过流状态比如短路，从而适当控制输出三极管Q1，防止其不合理的打开而烧坏。本传感器保护电路无需要保险丝或采样电阻，撤除外部短路可自动恢复，不需要更换保险丝，反应迅速，不会增加输出电路的阻抗而带来残余电压，发热低，材料成本低。

参照图2，本实用新型的实施例二，提供一种传感器保护电路，感应检测电路10为电磁式感应电路，感应检测输入端包括接收引脚52，电磁式感应电路包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四电容C4、第五电容C5、第一电感L1和第二电感L2，电源正极P+分别连接第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端，第八电阻R8的另一端分别连接接收引脚52、第二三极管Q2的集电极和第五电容C5的一端，第九电阻R9的另一端分别连接第二三极管Q2的基极和第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极连接第一电感L1的一端和第四电容C4的一端，第一电感L1的另一端连接第二电感L2的一端，第二三极管Q2的发射极通过第十电阻R10连接至第一电感L1和第二电感L2的连接点处，第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端和第二电感L2的另一端均连接至电源负极P-。优选地，第二三极管Q2和第三三极管Q3为NPN型三极管。

在本实施例中，提供了电磁式传感器的感应检测电路10，第三三极管Q3、第四电容C4、第一电感L1和第二电感L2共同构成一个三点式的电感震荡电路，当被检测到导电或者导磁物体接近第一电感L1和第二电感L2时，由于电磁感应作用第一电感L1和第二电感L2的震荡电流发生变化，使得流经第三三极管Q3的电流发生变化，从而影响第二三极管Q2的工作状态，第二三极管Q2的集电极电压变化最后从接收引脚52传输给MCU芯片U1。

参照图3，本实用新型的实施例三，提供一种传感器保护电路，感应检测电路10为光电式感应电路，光电式感应电路包括发射支路11和接收支路12，感应检测输入端包括发射驱动引脚51和接收引脚52，发射支路11包括第一电阻R1和红外线发射管TX，电源正极P+连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接红外线发射管TX的正极，红外线发射管TX的负极连接发射驱动引脚51；接收支路12包括第二电阻R2、红外线接收管RE、第一电容C1和第七电阻R7，电源正极P+连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端分别连接第一电容C1的一端和红外线接收管RE的正极，红外线接收管RE的负极连接电源负极P-，第一电容C1的另一端分别连接接收引脚52和第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接发射驱动引脚51。

在本实施例中，提供了光电式传感器的感应检测电路10，红外线发射管TX在发射驱动引脚51驱动作用下发射脉动的红外线，红外线接收管RE接收到红外线后，在接收支路12的作用下产生脉动压信号通过接收引脚52传输给MCU芯片U1。电路中设置了第七电阻R7，将发射驱动引脚51的脉动信号回传到接收引脚52，使得发射接收信号充分同步，让感应检测电路10工作更稳定，提高抗干扰能力。可以理解的是，红外线发射管TX和红外线接收管RE可以采用可见光发射管和可见光接收管来代替，并不只限定于红外线发射管和红外线接收管。

参照图4，本实用新型的实施例四，提供一种传感器保护电路，所述保护检测支路30还包括第十一上拉电阻R11，所述第十一上拉电阻R11一端连接在所述保护检测输入端53，另一端连接在所述电源正极P+。

参照图4，本实用新型的另一个实施例，还提供一种传感器保护电路，输出控制支路20还包括用作输出指示的发光二极管D2，发光二极管D2串联在输出控制端54和第四电阻R4之间。

在本实施例中，设置发光二极管D2可以在输出三极管Q1导通时点亮发光，指示目前的状态。

参照图5，本实用新型的实施例五，提供一种传感器保护电路，包括电源正极P+、电源负极P-、动作输出端O1、感应检测电路10、MCU芯片U1、输出控制支路20和保护检测支路30，所述电源正极P+和电源负极P-分别连接所述感应检测电路10，所述MCU芯片U1包括感应检测输入端、保护检测及输出控制端55，所述感应检测电路10的输出端连接所述感应检测输入端，所述输出控制支路20包括发光二极管D2、第四电阻R4和输出三极管Q1，所述保护检测及输出控制端55连接所述发光二极管D2的正极，发光二极管D2的负极通过第四电阻R4连接至所述输出三极管Q1的基极，输出三极管Q1的发射极连接所述电源负极P-，输出三极管Q1的集电极连接所述动作输出端O1，所述保护检测支路30包括第三电阻R3和第一二极管D1，所述保护检测及输出控制端55通过第三电阻R3连接至所述第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接所述动作输出端O1。可以理解的是，本实施例中的发光二极管D2可以采用普通二极管代替，普通二极管和发光二极管D2相比仅少了指示作用。

在本实施例中，输出控制支路20和保护检测支路30共用同一个引脚与MCU芯片U1连接，共用引脚采用功能分时处理的办法，高速功能切换可使引脚宏观上既有输入又有输出功能，能够节约MCU芯片U1的端口，接线简单。

可以看到的是，图5中的实际应用电路图中，输出控制支路20还包括了第二电容C2和第五电阻R5，第二电容C2的一端连接发光二极管D2的负极，另一端连接电源负极P-，第五电阻R5的一端连接输出三极管Q1的基极，另一端连接电源负极P-。

可以看到的是，图5中的实际应用电路图中，感应检测电路10为光电式感应电路，光电式感应电路包括发射支路11和接收支路12，感应检测输入端包括发射驱动引脚51和接收引脚52，发射支路11包括第十二电阻R12、第一电阻R1、红外线发射管TX和第三电容C3，电源正极P+通过第十二电阻R12连接第一电阻R1的一端和第三电容C3的一端，第一电阻R1的另一端连接红外线发射管TX的正极，红外线发射管TX的负极连接发射驱动引脚51，第三电容C3的另一端连接电源负极P-；接收支路12包括第二电阻R2、红外线接收管RE、第一电容C1和第七电阻R7，电源正极P+连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端分别连接第一电容C1的一端和红外线接收管RE的正极，红外线接收管RE的负极连接电源负极P-，第一电容C1的另一端分别连接接收引脚52和第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接发射驱动引脚51。其中，设置第十二电阻R12和第三电容C3起到了滤波作用，使电路工作更稳定。

本实用新型还提供一种传感器，包括上述任一一种传感器保护电路。在本实施例中，通过保护检测支路30设置第一二极管D1既起传导作用又起屏障作用，可直接监测动作输出端O1的电压来判断输出三极管Q1是否处于过流状态比如短路，从而适当控制输出三极管Q1，防止其不合理的打开而烧坏。本传感器保护电路无需要保险丝或采样电阻，撤除外部短路可自动恢复，不需要更换保险丝，反应迅速，不会增加输出电路的阻抗而带来残余电压，发热低，材料成本低。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种传感器保护电路，其特征在于，包括电源正极(P+)、电源负极(P-)、动作输出端(O1)、感应检测电路(10)、MCU芯片(U1)、输出控制支路(20)和保护检测支路(30)，所述电源正极(P+)和电源负极(P-)分别连接所述感应检测电路(10)，所述MCU芯片(U1)包括感应检测输入端、保护检测输入端(53)和输出控制端(54)，所述感应检测电路(10)的输出端连接所述感应检测输入端，所述输出控制支路(20)包括第四电阻(R4)和输出三极管(Q1)，所述输出控制端(54)通过第四电阻(R4)连接至所述输出三极管(Q1)的基极，输出三极管(Q1)的发射极连接所述电源负极(P-)，输出三极管(Q1)的集电极连接所述动作输出端(O1)，所述保护检测支路(30)包括第一二极管(D1)，所述保护检测输入端(53)连接所述第一二极管(D1)的正极，第一二极管(D1)的负极连接所述动作输出端(O1)。

2.根据权利要求1所述的一种传感器保护电路，其特征在于，所述感应检测电路(10)为电磁式感应电路，所述感应检测输入端包括接收引脚(52)，所述电磁式感应电路包括第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第一电感(L1)和第二电感(L2)，所述电源正极(P+)分别连接第八电阻(R8)的一端和第九电阻(R9)的一端，第八电阻(R8)的另一端分别连接接收引脚(52)、第二三极管(Q2)的集电极和第五电容(C5)的一端，第九电阻(R9)的另一端分别连接第二三极管(Q2)的基极和第三三极管(Q3)的基极，第三三极管(Q3)的发射极连接第一电感(L1)的一端和第四电容(C4)的一端，第一电感(L1)的另一端连接第二电感(L2)的一端，第二三极管(Q2)的发射极通过第十电阻(R10)连接至第一电感(L1)和第二电感(L2)的连接点处，第四电容(C4)的另一端、第五电容(C5)的另一端和第二电感(L2)的另一端均连接至电源负极(P-)。

3.根据权利要求1所述的一种传感器保护电路，其特征在于，所述感应检测电路(10)为光电式感应电路，所述光电式感应电路包括发射支路(11)和接收支路(12)，所述感应检测输入端包括发射驱动引脚(51)和接收引脚(52)，所述发射支路(11)包括第一电阻(R1)和红外线发射管(TX)，所述电源正极(P+)连接所述第一电阻(R1)的一端，第一电阻(R1)的另一端连接所述红外线发射管(TX)的正极，红外线发射管(TX)的负极连接所述发射驱动引脚(51)；所述接收支路(12)包括第二电阻(R2)、红外线接收管(RE)、第一电容(C1)和第七电阻(R7)，所述电源正极(P+)连接所述第二电阻(R2)的一端，第二电阻(R2)的另一端分别连接所述第一电容(C1)的一端和所述红外线接收管(RE)的正极，红外线接收管(RE)的负极连接电源负极(P-)，第一电容(C1)的另一端分别连接所述接收引脚(52)和所述第七电阻(R7)的一端，第七电阻(R7)的另一端连接所述发射驱动引脚(51)。

4.根据权利要求1所述的一种传感器保护电路，其特征在于，所述保护检测支路(30)还包括第十一上拉电阻(R11)，所述第十一上拉电阻(R11)一端连接在所述保护检测输入端(53)，另一端连接在所述电源正极(P+)。

5.根据权利要求1所述的一种传感器保护电路，其特征在于，所述输出控制支路(20)还包括用作输出指示的发光二极管(D2)，所述发光二极管(D2)串联在所述输出控制端(54)和第四电阻(R4)之间。

6.一种传感器保护电路，其特征在于，包括电源正极(P+)、电源负极(P-)、动作输出端(O1)、感应检测电路(10)、MCU芯片(U1)、输出控制支路(20)和保护检测支路(30)，所述电源正极(P+)和电源负极(P-)分别连接所述感应检测电路(10)，所述MCU芯片(U1)包括感应检测输入端、保护检测及输出控制端(55)，所述感应检测电路(10)的输出端连接所述感应检测输入端，所述输出控制支路(20)包括发光二极管(D2)、第四电阻(R4)和输出三极管(Q1)，所述保护检测及输出控制端(55)连接所述发光二极管(D2)的正极，发光二极管(D2)的负极通过第四电阻(R4)连接至所述输出三极管(Q1)的基极，输出三极管(Q1)的发射极连接所述电源负极(P-)，输出三极管(Q1)的集电极连接所述动作输出端(O1)，所述保护检测支路(30)包括第三电阻(R3)和第一二极管(D1)，所述保护检测及输出控制端(55)通过第三电阻(R3)连接至所述第一二极管(D1)的正极，第一二极管(D1)的负极连接所述动作输出端(O1)。

7.一种传感器，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的一种传感器保护电路。

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