CN212572513U - 一种数字量输入电路及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字量输入电路及设备，该数字量输入电路，包括作为输入端的第一端口和第二端口；防反分压模块，连接于所述第一端口和第二端口之间，该防反分压模块包括并联的第一分压电路和第二分压电路；整流模块，具有作为其输入的第一引脚和第三引脚，作为其输出的第二引脚和第四引脚；该整流模块的第一引脚连接所述第一分压电路和第二分压电路的输出端，第三引脚连接所述第二端口；隔离输出模块，其两输入端连接于所述整流模块的第二引脚和第四引脚之间，对所述整流模块输出的电信号进行隔离处理后通过其两输出端输出。本实用新型通过采用成本较低的器件进行设计，可兼容多种信号源，同时具备防护功能。

Description

一种数字量输入电路及设备

技术领域

本实用新型涉及数字量输入输出的技术领域，特别涉及一种数字量输入电路及设备。

背景技术

目前在电子电路技术领域中，常用的数字量输入电路通常只能单一支持PNP型输入接线或者NPN型输入接线，接线方式单一，如需兼容两种接线方式，则会增加设计成本。

如图1所示的一种数字量输入电路，采用了两个比较器及多个电阻进行设计，该电路采用24V的电源电压Vcc，在输出端OUTPUT增加了3.3V的上拉电压VL。该电路的工作原理为：当输入端INPUT悬空，无电平信号输入时，输入到比较器U1A的反向输入端和比较器U1B的正向输入端的电压VIN＝Vcc*R4/(R4+R5)，此时输出端OUTPUT输出高电平，逻辑值为“1”；当输入端INPUT有低电平(0V)信号输入时，输入到比较器U1A的反向输入端和比较器U1B的正向输入端的电压VIN的值均为0V，比较器U1A关断，比较器U1B导通输出0V，输出端OUTPUT输出电平为低电平，逻辑值为“0”；当输入端INPUT有高电平(24V)信号输入时，输入到比较器U1A的反向输入端和比较器U1B的正向输入端的电压VIN的值均为24V，比较器U1B关断，比较器U1A导通输出0V，输出端OUTPUT输出电平仍旧为低电平，逻辑值为“0”，因此根据输出端OUTPUT的输出电平的高低即可判断是否有数字量信号输入。该电路虽然可兼容NPN型传感器和PNP型传感器的输入接线，但是其采用两个比较器，成本较高，并且对比较器的电压也有较高要求，该电路还不具有防护功能，单独增加EMC器件进一步增加设计成本。

如图2所示的另一种数字量输入电路，采用了4个MOS管、2个光电耦合器及多个电阻进行设计，该电路的工作原理为：当接入电路的传感器侧不接入信号时，光电耦合器U1和U2均关断，输出端D输出低电平；当接入电路的传感器侧接入NPN型传感器时，此时A端为高电平、B端为低电平，光电耦合器U1导通，光电耦合器U2关断，此时PMOS管Q1和NMOS管Q3的门极均为高电平，PMOS管Q2和NMOS管Q4的门极均为低电平，根据MOS管特性，PMOS管Q1和NMOS管Q4关断，PMOS管Q2和NMOS管Q3导通，光电耦合器U2上施加的电压5V通过导通的PMOS管Q2后，从输出端D输出高电平；当接入电路的传感器侧接入PNP型传感器时，此时B端为高电平、A端为低电平，光电耦合器U2导通，光电耦合器U1关断，此时PMOS管Q1和NMOS管Q3的门极均为低电平，PMOS管Q2和NMOS管Q4的门极均为高电平，根据MOS管特性，PMOS管Q2和NMOS管Q3关断，PMOS管Q1和NMOS管Q4导通，光电耦合器U1上施加的电压5V通过导通的PMOS管Q1、电阻R6和NMOS管Q4后，从输出端D输出高电平。因此根据输出端OUTPUT的输出电平的高低即可判断是否有数字量信号输入。该电路虽然可兼容NPN型传感器和PNP型传感器的输入接线，但是该电路需要4个MOS管、2个光电耦合器，成本较高，同时也不具备防护功能，单独增加EMC器件进一步增加设计成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的主要目的在于提供一种数字量输入电路及设备，通过采用成本较低的器件进行设计，可兼容多种信号源，同时具备防护功能。

本实用新型采用的技术方案为，一种数字量输入电路，包括作为输入端的第一端口和第二端口；

防反分压模块，连接于所述第一端口和第二端口之间，该防反分压模块包括并联的第一分压电路和第二分压电路，该第一分压电路使得电信号由所述第一端口单向流向第二端口，该第二分压电路使得电信号由所述第二端口单向流向第一端口，该第一分压电路和第二分压电路分别具有输出端；

整流模块，具有作为其输入的第一引脚和第三引脚，作为其输出的第二引脚和第四引脚；该整流模块的第一引脚连接所述第一分压电路和第二分压电路的输出端，第三引脚连接所述第二端口；

隔离输出模块，其两输入端连接于所述整流模块的第二引脚和第四引脚之间，对所述整流模块输出的电信号进行隔离处理后通过其两输出端输出。

由上，本实用新型提供的数字量输入电路通过设计仅允许电信号单向输入的第一分压电路和第二分压电路，可实现信号的正向输入和反向输入，并通过整流模块进行整流后输出单向的信号，还提供了隔离输出电路，以实现信号的隔离输出，本实用新型可兼容多种信号源，同时具备防护功能。

可选的，还包括连接于所述第一端口和第二端口之间的防护模块，该防护模块包括并联的稳压二极管和电容。

由上，通过采用并联的稳压二极管和电容，以实现输入端的稳压和滤波，同时还提供了电路的防浪涌和尖峰保护。

可选的，所述第一分压电路包括依次串联的第一正向二极管、第一电阻、第二电阻和第二正向二极管，该第一电阻和第二电阻的公共端为该第一分压电路的输出端；

所述第二分压电路包括依次串联的第一反向二极管、第三电阻、第四电阻和第二反向二极管，该三电阻和第四电阻的公共端为该第二分压电路的输出端。

可选的，还包括：

与所述第二电阻并联的第一电容；

与所述第四电阻并联的第二电容。

由上，通过采用防反二极管、分压电阻和滤波电容设计本方案的分压电路，可实现非常宽的电压输入范围，同时兼具单向输入和滤波的功能。

可选的，所述整流模块包括全桥整流电路，该全桥整流电路包括：

环形串联的第三正向二极管、第三反向二极管、第四反向二极管和第四正向二极管；

所述第三正向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第一引脚，所述第三正向二极管和第三反向二极管的公共端为所述第二引脚，所述第三反向二极管和第四反向二极管的公共端为所述第三引脚，所述第四反向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第四引脚。

由上，采用全桥整流电路可实现对双向信号的整流，输出单向信号给后端电路。

可选的，所述隔离输出模块包括光电耦合器。

由上，采用光耦器件，可对电路进行光耦隔离，为后级电路提供防护。

本实用新型实施例还提供了一种数字量输入设备，包括上述的数字量输入电路，以及信号源，所述数字量输入电路的第一端口和第二端口与信号源对应连接。

可选的，还包括电压源模块，用于为所述数字量输入电路和连接的信号源提供电压，该电压源模块包括电压源和串联的单向二极管和限流电阻。

由上，采用上述的数字量输入电路作为本实用新型设备的基础输入电路，并辅以电压源模块，在使用时，根据信号源的型号进行对应的接线，该设备可实现多种信号源的数字量输入连接，同时具备隔离防护功能。

可选的，所述信号源为以下信号源之一：PNP型信号源、NPN型信号源、干触点信号源和湿触点信号源。

所述信号源为PNP型信号源时，所述电压源模块的输出端连接该PNP型信号源的输入端，该PNP型信号源的输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该PNP型信号源的接地端和所述数字量输入电路的第二端口共同接地；

所述信号源为NPN型信号源时，所述电压源模块的输出端连接所述数字量输入电路的第二端口，该数字量输入电路的第一端口连接该NPN型信号源的输入端，该NPN型信号源的输出端接地；

所述信号源为干触点信号源时，所述电压源模块的输出端连接该干触点信号源的输入端，该干触点信号源的输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该数字量输入电路的第二端口接地；

所述信号源为湿触点信号源时，该湿触点信号源的正向输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该湿触点信号源的负向输出端和所述数字量输入电路的第二端口共同接地。

由上，通过上述列举的针对不同型号信号源的接线方式，本设备可实现对多种信号源的兼容。

附图说明

图1为现有技术中一种数字量输入电路的电路示意图；

图2为现有技术中另一种数字量输入电路的电路示意图；

图3为本实用新型数字量输入电路的模块原理图；

图4为本实用新型数字量输入电路的电路示意图；

图5为本实用新型数字量输入设备连接PNP型信号源的电路示意图；

图6为本实用新型数字量输入设备连接NPN型信号源的电路示意图；

图7为本实用新型数字量输入设备连接干触点信号源的电路示意图；

图8为本实用新型数字量输入设备连接湿触点信号源的电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

为解决现有技术中的数字量输入电路的接线方式单一、成本高等问题，本实用新型实施例提供了一种数字量输入电路，该电路采用成本较低的器件设计，可兼容多种信号源的接线方式，例如PNP型、NPN型、湿触点、干触电等，具有广阔的应用范围，同时本实用新型兼具电路防护和电路隔离等功能，可实现对整个电路的保护。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供的一种数字量输入电路包括：作为输入端的第一端口和第二端口；

防反分压模块，连接于所述第一端口和第二端口之间，该防反分压模块包括并联的第一分压电路和第二分压电路，该第一分压电路使得电信号由所述第一端口单向流向第二端口，该第一分压电路包括依次串联的第一正向二极管、第一电阻、第二电阻和第二正向二极管，该第一电阻和第二电阻的公共端为该第一分压电路的输出端；该第二分压电路使得电信号由所述第二端口单向流向第一端口，该第二分压电路包括依次串联的第一反向二极管、第三电阻、第四电阻和第二反向二极管，该三电阻和第四电阻的公共端为该第二分压电路的输出端；

整流模块，其包括一全桥整流电路，该全桥整流电路包括：环形串联的第三正向二极管、第三反向二极管、第四反向二极管和第四正向二极管；所述第三正向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第一引脚，所述第三正向二极管和第三反向二极管的公共端为所述第二引脚，所述第三反向二极管和第四反向二极管的公共端为所述第三引脚，所述第四反向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第四引脚；所述第一引脚和第三引脚作为该全桥整流电路的输入，所述第二引脚和第四引脚作为该全桥整流电路的输出；所述第一引脚连接所述第一分压电路和第二分压电路的输出端，第三引脚连接所述第二端口；

隔离输出模块，其包括一光电耦合器，其两输入端连接于所述整流模块的第二引脚和第四引脚之间，对所述整流模块输出的电信号进行隔离处理后通过其两输出端输出；

还包括连接于所述第一端口和第二端口之间的防护模块，该防护模块包括并联的稳压二极管和电容；

还包括与所述第二电阻并联的第一电容和与所述第四电阻并联的第二电容。

下面参照如图3所示，对本实用新型的具体实施例提供的数字量输入电路进行详细描述，该数字量输入电路包括用于连接信号源作为输入端的端口1和端口2，该端口1和端口2可支持双向信号的输入，还包括：

防反分压模块100，连接于所述端口1和端口2之间，该防反分压模块100包括并联的第一分压电路和第二分压电路，该第一分压电路使得电信号由所述端口1单向流向端口2，该第二分压电路使得电信号由所述端口2单向流向端口1，该第一分压电路和第二分压电路分别具有输出端；

整流模块200，具有作为其输入的第一引脚和第三引脚，作为其输出的第二引脚和第四引脚，该整流模块200的第一引脚连接所述第一分压电路和第二分压电路的输出端，第三引脚连接所述端口2；

隔离输出模块300，其两输入端连接于所述整流模块200的第二引脚和第四引脚之间，对所述整流模块200输出的电信号进行隔离处理后通过其两输出端输出；

还包括连接于所述端口1和端口2之间的防护模块400，该防护模块400采用并联的稳压二极管和电容即可实现，以实现输入信号的稳压和滤波，同时还提供了电路的防浪涌和尖峰保护。

下面结合如图4所示的本实用新型数字量输入电路的电路示意图，对本实用新型的电路连接方式及技术原理进行详细解释，本实用新型数字量输入电路中，包括作为输入端的CHx端和COM端，该CHx端和COM端可实现信号的双向输入，即，当CHx端为正输入端时，COM端为负输入端，或者当COM端为正输入端时，CHx端为负输入端；

上述CHx端和COM端并联有由稳压二极管TVS和电容C3组成的防护电路，可实现输入信号的稳压和滤波，同时还提供了电路的防浪涌和尖峰保护；

上述CHx端和COM端之间连接有并联的第一分压电路和第二分压电路，其中该第一分压电路包括依次串联的正向二极管D2、电阻R2、电阻R4、正向二极管D8，其中正向二极管D2的正极连接所述CHx端，正向二极管D8的负极连接所述COM端，该第一分压电路实现输入信号从CHx端到COM端的单向通过；该第二分压电路包括依次串联的反向二极管D1、电阻R1、电阻R3、反向二极管D7，其中反向二极管D1的负极连接所述CHx端，反向二极管D7的正极连接所述COM端，该第二分压电路实现输入信号从COM端到CHx端的单向通过；上述电阻R1和电阻R4的两端分别并联有电容C1、C2，用于滤除干扰信号，其中，电阻R1＝R4，R2＝R3，电容C1＝C2，二极管D1、D2、D7、D8为相同器件；

上述第一分压电路和第二分压电路的后端还连接有全桥整流电路，该全桥整流电路包括环形串联的正向二极管D3、反向二极管D4、反向二极管D6、正向二极管D5，该二极管D3、D4、D5、D6的环形串联方式为，二极管D3的负极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极连接二极管D6的负极，二极管D6的正极连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接二极管D3的正极。其中，该正向二极管D3和正向二极管D5的公共引脚分别连接上述电阻R1、R3的公共端和电阻R2、R4的公共端，该反向二极管D4和反向二极管D6的公共引脚连接上述COM端；

上述全桥整流电路的后端还连接有隔离输出电路，该隔离输出电路包括光电耦合器U1，其中该光电耦合器U1的两输入端分别连接上述正向二极管D3和反向二极管D4的公共引脚以及上述反向二极管D6和正向二极管D5的公共引脚。

根据上述连接方式，本实用新型数字量输入电路的电路的工作原理为：

当上述CHx端为正输入端，COM端为负输入端时，第一分压电路导通，输入信号从CHx端进入，通过二极管D2、电阻R2，从电阻R2、R4的公共端进入全桥整流电路中二极管D3和二极管D5的公共引脚，通过二极管D3后输入到光电耦合器U1的正输入端，然后由光电耦合器U1的负输入端返回，返回的信号进入全桥整流电路中二极管D6和二极管D5的公共引脚，通过二极管D6后从二极管D6和二极管D4的公共引脚导出，从COM端输出；

当上述COM端为正输入端，CHx端为负输入端时，第二分压电路导通，输入信号从COM端进入，进入全桥整流电路中二极管D6和二极管D4的公共引脚，通过二极管D4后输入到光电耦合器U1的正输入端，然后由光电耦合器U1的负输入端返回，返回的信号进入全桥整流电路中二极管D6和二极管D5的公共引脚，通过二极管D5后进入电阻R1、R3的公共端，通过电阻R1、二极管D1后从CHx端输出。

根据上述电路图及工作原理可得出：

R2＝R3＝(VCC-UD2-UD3-UD6-U1)/I1，其中VCC为本实用新型电路的输入总电压，I1为光电耦合器U1中的通过二极管的最大限流电流，R2、R3的阻值可根据电路的实际需求调整，满足I1不超过最大限流电流即可；

R1＝R4＝(UD2+UD3+UD6+U1-UD8)/I2,，I2为通过电阻R4的电流；

IIN＝I1+I2，IIN为本实用新型电路的总输入电流。

本实用新型的另一实施例中，还提供了一种包含上述数字量输入电路的设备，可兼容多型号的信号源，该设备配置有单向输出的稳定电压源模块，该电压源模块包括电压源和串联的单向二极管和限流电阻，可在进行数字量输入时提供单向稳定的24V电压。下面根据如图5-图8所示，对本实用新型设备对PNP型信号源、NPN型信号源、干触点信号源、湿触点信号源进行数字量输入连接的实现方式进详细说明，需要说明的是，根据图4电路可知，当CHx端和COM端导通时，上述第一、第二分压电路中有一条处于导通状态，另一条在反向二极管的作用下不导通，即只有两个电阻接入到电路中，因此为便于观看，图5-图8中，只示出了接通的两个电阻。

如图5所示，当信号源为PNP型信号源时，上述电压源模块的输出端连接该PNP型信号源的输入端，该PNP型信号源的输出端连接上述数字量输入电路的CHx端，该PNP型信号源的接地端和上述数字量输入电路的COM端共同接地CH_GND。

此时CHx端为正输入端，COM端为负输入端，根据上述原理，该连接电路中的电信号走向为：

电压源模块-PNP管-CHx-D2-R2-D3-U1-D6-COM-CH_GND。

如图6所示，当信号源为NPN型信号源时，上述电压源模块的输出端连接上述数字量输入电路的COM端，该数字量输入电路的CHx端连接该NPN型信号源的输入端，该NPN型信号源的输出端接地CH_GND。

此时COM端为正输入端，CHx端为负输入端，根据上述原理，该连接电路中的电信号走向为：

电压源模块-COM-D4-U1-D5-R1-D1-CHx-NPN管-CH_GND。

如图7所示，当信号源为干触点信号源(例如无源开关)时，上述电压源模块的输出端连接该干触点信号源的输入端，该干触点信号源的输出端连接上述数字量输入电路的CHx端，该数字量输入电路的COM端接地CH_GND。

此时CHx端为正输入端，COM端为负输入端，根据上述原理，该连接电路中的电信号走向为：

电压源模块-干触点-CHx-D2-R2-D3-U1-D6-COM-CH_GND。

如图8所示，当信号源为湿触点信号源(例如有源开关或有源电路)时，该湿触点信号源的正输出端连接上述数字量输入电路的CHx端，该湿触点信号源的负输出端和上述数字量输入电路的COM端共同接地CH_GND。

此时CHx端为正输入端，COM端为负输入端，根据上述原理，该连接电路中的电信号走向为：

湿触点正-CHx-D2-R2-D3-U1-D6-COM-CH_GND-湿触点负。

上述四种信号源与数字量输入电路的设备的连接电路中，均可通过光电耦合器U1是否输出光信号来查验是否有数字量信号的输入。

综上所述，本实用新型提供的数字量输入电路及设备，通过采用成本较低的器件进行设计，可兼容多种信号源，同时具备防护功能，解决现有技术中的数字量输入电路的接线方式单一、成本高等问题。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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)

1.一种数字量输入电路，其特征在于，包括作为输入端的第一端口和第二端口；

防反分压模块，连接于所述第一端口和第二端口之间，该防反分压模块包括并联的第一分压电路和第二分压电路，该第一分压电路使得电信号由所述第一端口单向流向第二端口，该第二分压电路使得电信号由所述第二端口单向流向第一端口，该第一分压电路和第二分压电路分别具有输出端；

整流模块，具有作为其输入的第一引脚和第三引脚，作为其输出的第二引脚和第四引脚；该整流模块的第一引脚连接所述第一分压电路和第二分压电路的输出端，第三引脚连接所述第二端口；

隔离输出模块，其两输入端连接于所述整流模块的第二引脚和第四引脚之间，对所述整流模块输出的电信号进行隔离处理后通过其两输出端输出。

2.根据权利要求1所述的数字量输入电路，其特征在于，还包括连接于所述第一端口和第二端口之间的防护模块，该防护模块包括并联的稳压二极管和电容。

3.根据权利要求1所述的数字量输入电路，其特征在于，

所述第一分压电路包括依次串联的第一正向二极管、第一电阻、第二电阻和第二正向二极管，该第一电阻和第二电阻的公共端为该第一分压电路的输出端；

所述第二分压电路包括依次串联的第一反向二极管、第三电阻、第四电阻和第二反向二极管，该三电阻和第四电阻的公共端为该第二分压电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的数字量输入电路，其特征在于，还包括：

与所述第二电阻并联的第一电容；

与所述第四电阻并联的第二电容。

5.根据权利要求1所述的数字量输入电路，其特征在于，所述整流模块包括全桥整流电路，该全桥整流电路包括：

环形串联的第三正向二极管、第三反向二极管、第四反向二极管和第四正向二极管；

所述第三正向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第一引脚，所述第三正向二极管和第三反向二极管的公共端为所述第二引脚，所述第三反向二极管和第四反向二极管的公共端为所述第三引脚，所述第四反向二极管和第四正向二极管的公共端为所述第四引脚。

6.根据权利要求1所述的数字量输入电路，其特征在于，所述隔离输出模块包括光电耦合器。

7.一种数字量输入设备，其特征在于，包括：

权利要求1-6任一所述的数字量输入电路，以及信号源；

所述数字量输入电路的第一端口和第二端口与信号源对应连接。

8.根据权利要求7所述的数字量输入设备，其特征在于，还包括电压源模块，用于为所述数字量输入电路和连接的信号源提供电压，该电压源模块包括电压源和串联的单向二极管和限流电阻。

9.根据权利要求8所述的数字量输入设备，其特征在于，所述信号源为以下信号源之一：PNP型信号源、NPN型信号源、干触点信号源和湿触点信号源。

10.根据权利要求9所述的数字量输入设备，其特征在于，

所述信号源为PNP型信号源时，所述电压源模块的输出端连接该PNP型信号源的输入端，该PNP型信号源的输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该PNP型信号源的接地端和所述数字量输入电路的第二端口共同接地；

所述信号源为NPN型信号源时，所述电压源模块的输出端连接所述数字量输入电路的第二端口，该数字量输入电路的第一端口连接该NPN型信号源的输入端，该NPN型信号源的输出端接地；

所述信号源为干触点信号源时，所述电压源模块的输出端连接该干触点信号源的输入端，该干触点信号源的输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该数字量输入电路的第二端口接地；

所述信号源为湿触点信号源时，该湿触点信号源的正向输出端连接所述数字量输入电路的第一端口，该湿触点信号源的负向输出端和所述数字量输入电路的第二端口共同接地。

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