CN213243955U - 交流输入开关量采集电路以及交流开关量采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种交流输入开关量采集电路以及交流开关量采集装置。上述的交流输入开关量采集电路包括整流电路、稳压电路以及光耦合器；稳压电路包括第一基准电源、第二基准电源、电压比较器、第一电阻、电子开关管以及稳压二极管，整流电路的输出端与电压比较器的同相端连接，电压比较器的反向端与第一基准电源连接；整流电路的输出端还与稳压二极管的正极连接，稳压二极管的负极与电子开关管的第一端连接，电子开关管的控制端与电压比较器的输出端连接。当整流电路输出的电压大于第一基准电源的输出电压时，电压比较器输出高电位，电子开关管导通，使得光耦合器上的电压稳定为导通电压，减少了光耦合器处于大于导通电压状态的时间。

Description

交流输入开关量采集电路以及交流开关量采集装置

技术领域

本实用新型涉及交流开关量采集技术领域，特别是涉及一种交流输入开关量采集电路以及交流开关量采集装置。

背景技术

随着电子通讯技术的发展，对于电路的使用寿命，成为各类电子设备的评判优良的标准。由于交流电的获取较为便利，大型电子设备基于交流电进行运行，对于交流电路信号的处理，通常采用交流开关量采集器对各输入输出量进行采集以及转换，将各类物理信号转换为对应的电信号进行处理分析，而对于采集数量较大的交流输入量，传统的直流开关量采集器中的电路中，通过整流桥将外部输入量转换为对应的“0”和“1”信号，即输入的电压转换为电压不同的直流电压，也即输入量对应的电位存在高低不同，从而开启或者关闭开关量采集电路。

为了使得输入量和输出量的隔离，即减少输入量和输出量之间的影响，传统的开关量采集电路使用光耦合器进行隔离，但是，传统的开关量采集电路在将交流信号经过整流之后，直接输入光耦合器中，使得光耦合器中的发光二极管长期处于大电流的高压耐压状态，从而使得光耦合器中的发光二极管的使用寿命减少，需要经常更换光耦合器，进而使得开关量采集电路的使用成本增大。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种降低光耦合器的损坏几率的交流输入开关量采集电路以及交流开关量采集装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种交流输入开关量采集电路，包括：整流电路、稳压电路以及光耦合器；所述整流电路的输入端用于与外部交流电源连接，所述整流电路的输出端与所述稳压电路连接；所述稳压电路包括第一基准电源、第二基准电源、电压比较器、第一电阻、电子开关管以及稳压二极管，所述整流电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接，所述电压比较器的反向端与所述第一基准电源连接，所述第一基准电源的负极接地，所述电压比较器的输出端通过所述第一电阻与所述第二基准电源连接；所述整流电路的输出端还与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极与所述电子开关管的第一端连接，所述电子开关管的第二端接地，所述电子开关管的控制端与所述电压比较器的输出端连接，其中，所述稳压二极管的稳压值等于所述光耦合器的导通电压；所述整流电路的输出端还与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第一输出端接地。

在其中一个实施例中，所述第一基准电源的输出电压等于所述光耦合器的导通电压。

在其中一个实施例中，所述稳压电路包括还包括第二电阻，所述电子开关管的控制端通过所述第二电阻接地。

在其中一个实施例中，所述稳压电路还包括第一电容，所述整流电路的输出端通过所述第一电容接地。

在其中一个实施例中，所述整流电路包括整流桥和变压器，所述变压器的初级侧用于与外部交流电源连接，所述变压器的次级侧与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与所述电压比较器的同相端连接。

在其中一个实施例中，所述整流电路还包括第二电容，所述变压器的次级侧的第一端通过所述第二电容与所述整流桥的第一输入端连接。

在其中一个实施例中，所述整流电路还包括第三电阻，所述变压器的次级侧的第一端通过所述第三电阻与所述第二电容连接。

在其中一个实施例中，所述整流电路还包括第四电阻，所述变压器的次级侧的第二端通过所述第四电阻与所述整流桥的第二输入端连接。

在其中一个实施例中，所述整流电路还包括高压击穿保险器，所述变压器的次级侧与所述高压击穿保险器连接。

一种交流开关量采集装置，包括输入连接器以及上述任一实施例所述的交流输入开关量采集电路，所述光耦合器的第二输入端用于与第三基准电源连接，所述光耦合器的第二输出端与所述输入连接器连接。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

交流电压信号通过整流电路后，电压比较器获取整流电路输出的电压，其与第一基准电源进行比较，当整流电路输出的电压大于第一基准电源的输出电压时，电压比较器输出高电位，电子开关管导通，使得光耦合器上的电压为稳压管和电子开关管的总压降，从而使得光耦合器上的电压保持为导通电压，减少了光耦合器处于大于导通电压状态的时间，降低了光耦合器长期处于大电流的高压耐压状态的几率，从而降低了光耦合器的损坏几率，进而降低了光耦合器的更换频率，延长了光耦合器的使用寿命，降低了开关量采集电路的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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为一实施例中交流输入开关量采集电路的电路示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文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。本文中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，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/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。

本实用新型涉及一种交流输入开关量采集电路。在其中一个实施例中，所述交流输入开关量采集电路包括整流电路、稳压电路以及光耦合器。所述整流电路的输入端用于与外部交流电源连接。所述整流电路的输出端与所述稳压电路连接。所述稳压电路包括第一基准电源、第二基准电源、电压比较器、第一电阻、电子开关管以及稳压二极管。所述整流电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接。所述电压比较器的反向端与所述第一基准电源连接。所述第一基准电源的负极接地。所述电压比较器的输出端通过所述第一电阻与所述第二基准电源连接。所述整流电路的输出端还与所述稳压二极管的正极连接。所述稳压二极管的负极与所述电子开关管的第一端连接。所述电子开关管的第二端接地。所述电子开关管的控制端与所述电压比较器的输出端连接。其中，所述稳压二极管的稳压值等于所述光耦合器的导通电压。所述整流电路的输出端还与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第一输出端接地。交流电压信号通过整流电路后，电压比较器获取整流电路输出的电压，其与第一基准电源进行比较，当整流电路输出的电压大于第一基准电源的输出电压时，电压比较器输出高电位，电子开关管导通，使得光耦合器上的电压为稳压管和电子开关管的总压降，从而使得光耦合器上的电压稳定为导通电压，减少了光耦合器处于大于导通电压状态的时间，降低了光耦合器长期处于大电流的高压耐压状态的几率，延长了光耦合器的使用寿命，降低了开关量采集电路的使用成本。

请参阅图1，其为本实用新型一实施例的交流输入开关量采集电路的电路示意图。

一实施例的交流输入开关量采集电路10包括整流电路100、稳压电路200以及光耦合器300。所述整流电路100的输入端用于与外部交流电源连接。所述整流电路100的输出端与所述稳压电路200连接。所述稳压电路200包括第一基准电源VCC1、第二基准电源VCC2、电压比较器LM1、第一电阻R1、电子开关管D1以及稳压二极管VD1。所述整流电路100的输出端与所述电压比较器LM1的同相端连接。所述电压比较器LM1的反向端与所述第一基准电源VCC1连接。所述第一基准电源VCC1的负极接地。所述电压比较器LM1的输出端通过所述第一电阻R1与所述第二基准电源VCC2连接。所述整流电路100的输出端还与所述稳压二极管VD1的正极连接。所述稳压二极管VD1的负极与所述电子开关管D1的第一端连接。所述电子开关管D1的第二端接地。所述电子开关管D1的控制端与所述电压比较器LM1的输出端连接。其中，所述稳压二极管VD1的稳压值等于所述光耦合器300的导通电压。所述整流电路100的输出端还与所述光耦合器300的第一输入端连接，所述光耦合器300的第一输出端接地。

在本实施例中，交流电压信号通过整流电路100后，电压比较器LM1获取整流电路100输出的电压，其与第一基准电源VCC1进行比较，当整流电路100输出的电压大于第一基准电源VCC1的输出电压时，电压比较器LM1输出高电位，电子开关管D1导通，使得光耦合器300上的电压为稳压管VD1和电子开关管D1的总压降，从而使得光耦合器300上的电压稳定为导通电压，减少了光耦合器300处于大于导通电压状态的时间，降低了光耦合器300长期处于大电流的高压耐压状态的几率，延长了光耦合器300的使用寿命，降低了开关量采集电路的使用成本。而且，所述光耦合器300包括发光二极管和硅光电半导体管，所述整流电路100的输出端与所述发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极接地，所述硅光电半导体管的第一端用于与第三基准电源连接，所述光电半导体管的第二端与输入连接器连接。

在其中一个实施例中，请参阅图1，所述第一基准电源VCC1的输出电压等于所述光耦合器300的导通电压。在本实施例中，由于所述第一基准电源VCC1与所述电压比较器LM1连接，所述第一基准电源VCC1的输出电压用于与所述整流电路100的输出电压比较，当所述整流电路100的输出电压大于所述第一基准电源VCC1的输出电压时，表明所述整流电路100的输出电压大于所述光耦合器300的导通电压，此时所述电压比较器LM1的输出端输出高电位，使得所述电子开关管D1导通，从而使得所述稳压二极管VD1工作，进而使得所述光耦合器300中的发光二极管上的加载的电压稳定维持为导通电压，减少了光耦合器300处于大于导通电压状态的时间，降低了光耦合器300长期处于大电流的高压耐压状态的几率，延长了光耦合器300的使用寿命，降低了开关量采集电路的使用成本。

在其中一个实施例中，请参阅图1，所述稳压电路200包括还包括第二电阻R2，所述电子开关管D1的控制端通过所述第二电阻R2接地。在本实施例中，所述电子开关管D1为NPN型三极管，所述电子开关管D1的第一端为三极管的集电极，所述电子开关管D1的第二端为三极管的发射极，所述电子开关管D1的控制端为三极管的基极，所述第二电阻R2与三极管的基极连接。当所述电压比较器LM1输出高电压时，所述电子开关管D1导通，所述电压比较器LM1的输出端的电流通过所述电子开关管D1的控制端和发射极，为了避免流经所述电子开关管D1的控制端和发射极之间的电流过大，在所述电子开关管D1的基极和发射极之间并联所述第二电阻R2，使得流经所述电子开关管D1的控制端和发射极之间的部分电流通过所述第二电阻R2，从而使得流经所述电子开关管D1的控制端和发射极之间的电流减小，降低了所述电子开关管D1因电流过大而烧坏的几率。在其他实施例中，所述电子开关管D1还可以为场效应管，所述电子开关管D1的第一端为场效应管的漏极，所述电子开关管D1的第二端为场效应管的源极，所述电子开关管D1的控制端为场效应管的栅极。

在其中一个实施例中，请参阅图1，所述稳压电路200还包括第一电容C1，所述整流电路100的输出端通过所述第一电容C1接地。在本实施例中，所述整流电路100对交流信号进行整流，使得所述整流电路100的输出信号较为稳定，而为了对所述整流电路100输出的信号进行进一步地稳定，即对所述整流电路100输出的信号中的低频交流信号进行滤除，也即消除所述整流电路100输出的信号中的交流信号，确保所述整流电路100输出稳定的直流信号，通过在所述整流电路100的输出端增设所述第一电容C1，使得所述整流电路100的输出信号中的交流信号旁流，从而使得所述整流电路100的输出信号中的交流信号进一步减少，进而提高所述整流电路100输出的直流信号更加稳定。

在其中一个实施例中，请参阅图1，所述整流电路100包括整流桥UR1和变压器T1，所述变压器T1的初级侧用于与外部交流电源连接，所述变压器T1的次级侧与所述整流桥UR1的输入端连接，所述整流桥UR1的输出端与所述电压比较器LM1的同相端连接。在本实施例中，由于大型电子设备运行时接入的工作电压基本为220V市电，即使在电子设备内部经过压降之后，其输出的电压也基本为大电压的交流信号。为了避免所述稳压电路200和光耦合器300上加载的电压过大，通过所述变压器T1的降压处理，使得大电压的交流输入开关量转换为小电压的交流输入开关量，降低了所述整流桥UR1上的加载电压，避免了所述整流桥UR1承载的电压过大的情况，降低了所述整流桥UR1过载运行的几率，延长了所述整流桥UR1和所述光耦合器300的使用寿命。在其他实施例中，所述整流桥UR1为全桥整流电路，即所述整流桥UR1由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接形成，所述变压器T1用于将220V市电降压为20V～50V的交流电。

进一步地，所述整流电路100还包括第二电容C2，所述变压器T1的次级侧的第一端通过所述第二电容C2与所述整流桥UR1的第一输入端连接。在本实施例中，所述第二电容C2与所述整流桥UR1的输入端连接，所述第二电容C2对所述变压器T1输出的交流电进行初级滤波，将所述变压器T1的输出信号中的信号进行一次滤除，便于所述整流桥UR1输出稳定性较高的直流信号。在其他实施例中，所述第二电容C2和所述第一电容C1配合使用，所述第一电容C1进行二次滤除，使得所述变压器T1输出的电压信号再进行一次滤波，从而使得输入所述光耦合器300内的电压信号为稳定的直流信号。

更进一步地，所述整流电路100还包括第三电阻R3，所述变压器T1的次级侧的第一端通过所述第三电阻R3与所述第二电容C2连接。在本实施例中，所述第三电阻R3和所述第二电容C2形成低频选频电路，由于所述变压器T1输出的电压信号中存在高频以及低频信号，为了便于后续输出稳定的直流信号，所述第三电阻R3和所述第二电容C2组成的选频电路选择低频信号通过，使得频率较低的交流信号进行整流，而频率较高的交流信号被滤除，提高了所述整流桥UR1的整流效率，从而提高了所述整流桥UR1输出的直流信号的稳定性。

又进一步地，所述整流电路100还包括第四电阻R4，所述变压器T1的次级侧的第二端通过所述第四电阻R4与所述整流桥UR1的第二输入端连接。在本实施例中，所述第四电阻R4位于所述变压器T1和所述整流桥UR1之间，即所述第四电阻R4串联在所述变压器T1和所述整流桥UR1之间，所述第四电阻R4为所述变压器T1的输出电流进行限流，避免了所述变压器T1的输出电流过大的情况。

又进一步地，所述整流电路100还包括高压击穿保险器FU1，所述变压器T1的次级侧与所述高压击穿保险器FU1连接。在本实施例中，所述高压击穿保险器FU1连接在所述变压器T1的次级侧的第一端和第二端上，即所述高压击穿保险器FU1与所述变压器T1的次级侧并联，用于确保所述变压器T1输出的电压不超过所述整流桥UR1和所述光耦合器300的最大电压，从而使得所述整流桥UR1和所述光耦合器300正常工作。

本申请还提供交流开关量采集装置，包括输入连接器以及上述任一实施例所述的交流输入开关量采集电路。所述光耦合器的第二输入端用于与第三基准电源连接。所述光耦合器的第二输出端与所述输入连接器连接。在本实施例中，所述交流输入开关量采集电路包括整流电路、稳压电路以及光耦合器。所述整流电路的输入端用于与外部交流电源连接。所述整流电路的输出端与所述稳压电路连接。所述稳压电路包括第一基准电源、第二基准电源、电压比较器、第一电阻、电子开关管以及稳压二极管。所述整流电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接。所述电压比较器的反向端与所述第一基准电源连接。所述第一基准电源的负极接地。所述电压比较器的输出端通过所述第一电阻与所述第二基准电源连接。所述整流电路的输出端还与所述稳压二极管的正极连接。所述稳压二极管的负极与所述电子开关管的第一端连接。所述电子开关管的第二端接地。所述电子开关管的控制端与所述电压比较器的输出端连接。其中，所述稳压二极管的稳压值等于所述光耦合器的导通电压。所述整流电路的输出端还与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第一输出端接地。交流电压信号通过整流电路后，电压比较器获取整流电路输出的电压，其与第一基准电源进行比较，当整流电路输出的电压大于第一基准电源的输出电压时，电压比较器输出高电位，电子开关管导通，使得光耦合器上的电压为稳压管和电子开关管的总压降，从而使得光耦合器上的电压保持为导通电压，减少了光耦合器处于大于导通电压状态的时间，降低了光耦合器长期处于大电流的高压耐压状态的几率，延长了光耦合器的使用寿命，降低了开关量采集电路的使用成本。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种交流输入开关量采集电路，其特征在于，包括：整流电路、稳压电路以及光耦合器；

所述整流电路的输入端用于与外部交流电源连接，所述整流电路的输出端与所述稳压电路连接；

所述稳压电路包括第一基准电源、第二基准电源、电压比较器、第一电阻、电子开关管以及稳压二极管，所述整流电路的输出端与所述电压比较器的同相端连接，所述电压比较器的反向端与所述第一基准电源连接，所述第一基准电源的负极接地，所述电压比较器的输出端通过所述第一电阻与所述第二基准电源连接；所述整流电路的输出端还与所述稳压二极管的正极连接，所述稳压二极管的负极与所述电子开关管的第一端连接，所述电子开关管的第二端接地，所述电子开关管的控制端与所述电压比较器的输出端连接，其中，所述稳压二极管的稳压值等于所述光耦合器的导通电压；

所述整流电路的输出端还与所述光耦合器的第一输入端连接，所述光耦合器的第一输出端接地。

2.根据权利要求1所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述第一基准电源的输出电压等于所述光耦合器的导通电压。

3.根据权利要求1所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述稳压电路包括还包括第二电阻，所述电子开关管的控制端通过所述第二电阻接地。

4.根据权利要求1所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述稳压电路还包括第一电容，所述整流电路的输出端通过所述第一电容接地。

5.根据权利要求1所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述整流电路包括整流桥和变压器，所述变压器的初级侧用于与外部交流电源连接，所述变压器的次级侧与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端与所述电压比较器的同相端连接。

6.根据权利要求5所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述整流电路还包括第二电容，所述变压器的次级侧的第一端通过所述第二电容与所述整流桥的第一输入端连接。

7.根据权利要求6所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述整流电路还包括第三电阻，所述变压器的次级侧的第一端通过所述第三电阻与所述第二电容连接。

8.根据权利要求5所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述整流电路还包括第四电阻，所述变压器的次级侧的第二端通过所述第四电阻与所述整流桥的第二输入端连接。

9.根据权利要求5所述的交流输入开关量采集电路，其特征在于，所述整流电路还包括高压击穿保险器，所述变压器的次级侧与所述高压击穿保险器连接。

10.一种交流开关量采集装置，其特征在于，包括输入连接器以及如权利要求1至9中任一项所述的交流输入开关量采集电路，所述光耦合器的第二输入端用于与第三基准电源连接，所述光耦合器的第二输出端与所述输入连接器连接。

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