CN214542041U - 一种带反馈的开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带反馈的开关，包括PCB本体、第一插接件和第二插接件，所述PCB本体上设置有继电器、继电器驱动电路、继电器输出电路、继电器输出状态检测电路、状态输出电路；继电器驱动电路与继电器连接，继电器与继电器输出电路连接，继电器输出电路与继电器输出状态检测电路连接，继电器输出状态检测电路与状态输出电路连接；所述状态输出电路与第一插接件连接；所述继电器输出电路与第二插接件连接。本实用新型将继电器以及用于检测继电器输出状态的电路集成在一个PCB板上，对外设置两个插接件，作为一个独立的模块使用，能够节约控制底板的空间。

Description

一种带反馈的开关

技术领域

本实用新型属于开关元件技术领域，具体地说，涉及一种带反馈的开关。

背景技术

在现代的电子技术领域中,继电器作为一种隔离式的开关控制器件运用十分的广泛。在工业自动化控制的领域中运用也越来越广泛。

随着控制器功能的复杂化和应用场景的多样化,对控制器的稳定性和抗干扰能力要求也越来越高。在继电器控制器运用当中难免会出现失控或者误控的情况，传统的继电器控制器并不具备反馈检测能力,无法检测输出状态,使输出异常的状态不能得到及时制止。尤其是在工业控制的运用中,这种情况的存在有巨大的安全隐患。

申请号为CN201820674471.4的中国专利公开了一种用于检测继电器输出状态的闭环检测电路,包括继电器驱动电路，继电器驱动电路与继电器连接,继电器与输出继电器状态电平电路连接,双刀单掷继电器一组触点接入外部需要开关控制电路,双刀单掷继电器另一组触点连接输出继电器状态电平电路,输出继电器状态电平电路与光耦隔离电路连接。

然而，上述方案中，双刀单掷继电器、输出继电器状态电平电路以及光耦隔离电路等为单独的模块，在使用过程中占用空间较大，不能满足部分场合要求集成度高、布置紧凑的要求。

有鉴于此特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种带反馈的开关，旨在将继电器以及用于检测继电器输出状态的电路集成在一个PCB板上，对外设置两个插接件，作为一个独立的模块使用，能够节约控制底板的空间。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种带反馈的开关，包括PCB本体、第一插接件和第二插接件，

所述PCB本体上设置有继电器、继电器驱动电路、继电器输出电路、继电器输出状态检测电路、状态输出电路；

继电器驱动电路与继电器连接，继电器与继电器输出电路连接，继电器输出电路与继电器输出状态检测电路连接，继电器输出状态检测电路与状态输出电路连接；

所述状态输出电路与第一插接件连接；所述继电器输出电路与第二插接件连接。

进一步的，所述继电器为无触点继电器。

进一步的，所述继电器驱动电路包括驱动信号输入端、限流电阻和第一保护二极管；

所述驱动信号输入端与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述第一保护二极管的阴极连接，所述第一保护二极管与继电器的控制端并联。

进一步的，所述第一保护二极管为如下中的任意一种：

通用二极管、稳压管、TVS管。

进一步的，所述继电器输出电路设有浪涌吸收器。

进一步的，所述继电器输出状态检测电路包括电阻分压器，滤波电容，第二保护二极管，光电耦合器；

所述第二保护二极管的阴极与所述光电耦合器的阳极连接，所述第二保护二极管的阳极与所述光电耦合器的阴极连接。

进一步的，所述第二保护二极管为如下中的任意一种：

通用二极管、稳压管、TVS管。

进一步的，所述状态输出电路包括上拉电阻；

所述上拉电阻与所述光电耦合器的集电极连接，其连接的交汇点与所述第一插接件连接。

进一步的，还包括外壳；所述PCB本体设置在所述外壳的内部，第一插接件和第二插接件的至少部分设置在所述外壳的外部。

另一种方案是，所述状态输出电路由光电耦合器的集电极直接输出，即光电耦合器的集电极与所述第一插接件连接，构成集电极开路输出模式。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

本实用新型将继电器、控制电路、检测电路集成到同一个PCB板上，制成一个开关模块，替换传统的机械继电器，封装成为一种无触点、无打火、使用寿命长、低延时、低功耗、具有输出状态反馈的新型继电器。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本实用新型一种带反馈的开关的结构示意图；

图2是图1中开关的控制电路示意图。

图中：1、外壳；2、PCB本体；CN1、第一插接件；CN2、第二插接件；

R1、限流电阻；D1、第一保护二极管；IC1、继电器；C1、滤波电容；D2、第二保护二极管；PQ1、光电耦合器；R2、上拉电阻。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种带反馈的开关。如图1所示，开关包括PCB本体2、第一插接件CN1和第二插接件CN2。

如图2所示，所述PCB本体2上设置有继电器IC1、继电器驱动电路、继电器输出电路、继电器输出状态检测电路、状态输出电路。

继电器驱动电路与继电器IC1连接，继电器IC1与继电器输出电路连接，继电器输出电路与继电器输出状态检测电路连接，继电器输出状态检测电路与状态输出电路连接。

所述状态输出电路与第一插接件CN1连接；所述继电器输出电路与第二插接件CN2连接。

在使用时，开关的第一插接件CN1与外部的状态采集设备连接，用于使状态采集设备能够采集到继电器IC1的状态；开关的第二插接件CN2与开关的负载连接，用于控制负载的导通与断开。

上述方案中，将继电器IC1以及用于检测继电器IC1输出状态的电路集成在一个PCB板上，对外设置两个插接件，一个与开关的负载连接，另一个与采集继电器状态的设备连接，使本实用新型的开关能够作为一个独立的模块使用，实现节约控制底板空间的目的。

在本实用新型的一些实施例中，所述继电器输出状态检测电路包括电阻分压器，滤波电容C1，第二保护二极管D2，光电耦合器PQ1。优选的方案中，所述光电耦合器PQ1的型号为TLP291。

所述第二保护二极管D2的阴极与所述光电耦合器PQ1的阳极连接，所述第二保护二极管D2的阳极与所述光电耦合器PQ1的阴极连接。

继电器IC1输出端的外部电压通过电阻分压器分压后，经滤波电容C1滤波后，进入光电耦合器PQ1的控制端。此处电阻分压器的作用除了分压外，还有一个作用是限制电流。为了保护光电耦合器PQ1的控制端，在其控制端反向并联第二保护二极管D2，即第二保护二极管D2的阴极与光电耦合器PQ1的阳极连接，第二保护二极管D2的阳极与光电耦合器PQ1的阴极连接。此处的第二保护二极管D2可以是普通二极管、稳压管(齐纳管)、TVS管等。当选择普通二极管时，主要是避免驱动输入接反时过压造成的损坏，即对反向电压施加钳位保护；当选择稳压管(齐纳管)或TVS管时，同时对正向电压和反向电压施加钳位保护。

另外，本实用新型采用光电耦合器PQ1作为实现继电器输出状态检测电路功能的主要元件，成本较低，结构简单，易于实现。

在本实用新型的一些实施中，状态输出电路包括上拉电阻R2，所述上拉电阻R2与继电器输出状态检测电路中的光电耦合器PQ1的集电极连接，其连接的交汇点连接到所述第一插接件CN1。当光电耦合器PQ1控制端得电时，光电耦合器PQ1集电极与发射极可以有电流流过，与上拉电阻R2配合，输出低电平状态；当光电耦合器PQ1控制端没有信号时，光电耦合器PQ1集电极呈高阻态，与上拉电阻R2配合，输出高电平状态。

详细的，本实用新型的开关的基本工作原理为：继电器驱动电路获得驱动电压信号时，驱动继电器IC1，使得继电器IC1的输出端导通，当继电器IC1输出端导通时，继电器输出状态检测电路从中获取电压信号，此电压信号驱动继电器输出状态检测电路内部光电耦合器PQ1，控制状态输出电路的输出电平。

继电器IC1正常工作时，在给继电器驱动电路供电的情况下，继电器IC1导通，继电器输出状态检测电路得电，状态输出电路的输出低电平；继电器IC1驱动不供电时，继电器IC1处于开路状态，继电器输出状态检测电路没有检测到工作电压，此时状态输出电路的输出高电平，需要注意的是，此时需要在外部接上拉电阻R2。

当继电器IC1发生固障无法导通时，此时状态输出电路的输出高电平；当继电器IC1发生固障无法断开时，此时状态输出电路的输出低电平，需要注意的是，此时需要在外部接上拉电阻R2。

上述方案中，通过检测继电器输出状态检测电路的反馈信号，可以知道当前继电器IC1的工作状态是否正常，结合闭环控制系统，可以有效果地降低由于继电器IC1故障造成事故的风险，特别是在智能制造领域中，这种前端的闭环反馈，为设备的安全工作提供必要的保证。

另一种方案是，由光电耦合器PQ1的集电极直接输出，即光电耦合器PQ1的集电极与所述第一插接件CN1连接，构成集电极开路输出模式。在使用过程中，需要在状态输出脚上，接一个上接电阻。这种方案的有益效果是，可以方便地通过外部上接电阻得到合适的电平需求，实现对继电器IC1状态的全面检测。

继电器IC1正常工作情况下，继电器IC1断开时，状态输出电路输出高电平，继电器IC1闭合时，状态输出电路输出低电平。当继电器驱动电路给定高电平让继电器IC1闭合时，如果继电器IC1无法闭合，则状态输出电路输出高电平；当继电器驱动电路给定低电平让继电器IC1断开时，如果继电器IC1无法断开，则此时状态输出电路输出低电平，如表1所示。

表1：

继电器驱动信号	继电器开关状态	状态输出信号
			高电平	正常闭合	低电平
低电平	正常断开	高电平
			高电平	无法闭合	高电平
低电平	无法断开	低电平

在本发明的一些实施例中，如图2所示，所述继电器IC1采用无触点继电器IC1，可以避免传统机械继电器IC1存在开关寿命短、噪音大、打火、触点粘合、驱动功耗高等缺点。与传统的机械继电器IC1不同，无触点继电器IC1通常使用PHOTOMOS，其驱动电流小，因此降低了驱动电路设计的要求，使得结构变得简单，简单到使用限流电阻R1就可以实现驱动，即驱动信号输入端通过限流电阻R1连接继电器IC1就可以实现对继电器IC1的驱动。

在本实用新型的一些实施例中，所述继电器驱动电路包括驱动信号输入端、限流电阻R1和第一保护二极管D1；所述驱动信号输入端与所述限流电阻R1的一端连接，所述限流电阻R1的另一端与所述第一保护二极管D1的阴极连接，所述第一保护二极管D1与继电器IC1的控制端并联。

详细的，为了保护继电器IC1的控制端，在继电器IC1的控制端施加第一保护二极管D1进行保护，此处第一保护二极管D1的阴极与限流电阻R1连接，即与继电器IC1内部的二极管反向并联。此处的第一保护二极管D1可以是普通二极管、稳压管(齐纳管)、TVS管等。

当选择普通二极管时，主要是避免驱动输入接反时过压造成的损坏，即对反向电压施加钳位保护；当选择稳压管(齐纳管)或TVS管时，同时对正向电压和反向电压施加钳位保护。

在本实用新型的一些实施例中，所述继电器输出电路设有浪涌吸收器。

优选的，浪涌吸收器为TVS二极管，所述继电器IC1的两个输出端与所述TVS二极管并联连接。

详细的，与传统的机械继电器不同，PHOTOMOS的输出端口是由MOS管的D极和S极构成的，而此两极的电压是有限制的，因此为了保护MOS管不被高压击穿，在PHOTOMOS继电器的输出端添加TVS管进行电压钳位保护，为了同时对正向电压和反向电压施加钳位保护，可以选择双向TVS管。

在本实用新型的一些实施中，开关还包括外壳1；所述PCB本体2设置在所述外壳1的内部，第一插接件CN1和第二插接件CN2的至少部分设置在所述外壳1的外部。

上述方案中，将继电器IC1、控制电路、检测电路集成到同一个PCB板上，制成一个开关模块，替换传统的机械继电器，封装成为一种无触点、无打火、使用寿命长、低延时、低功耗、具有输出状态反馈的新型开关。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (10)

1.一种带反馈的开关，其特征在于：包括PCB本体、第一插接件和第二插接件，

所述PCB本体上设置有继电器、继电器驱动电路、继电器输出电路、继电器输出状态检测电路、状态输出电路；

继电器驱动电路与继电器连接，继电器与继电器输出电路连接，继电器输出电路与继电器输出状态检测电路连接，继电器输出状态检测电路与状态输出电路连接；

所述状态输出电路与第一插接件连接；所述继电器输出电路与第二插接件连接。

2.根据权利要求1所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述继电器为无触点继电器。

3.根据权利要求1所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述继电器驱动电路包括驱动信号输入端、限流电阻和第一保护二极管；

所述驱动信号输入端与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述第一保护二极管的阴极连接，所述第一保护二极管与继电器的控制端并联。

4.根据权利要求3所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述第一保护二极管为如下中的任意一种：

通用二极管、稳压管、TVS管。

5.根据权利要求1所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述继电器输出电路设有浪涌吸收器。

6.根据权利要求1所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述继电器输出状态检测电路包括电阻分压器，滤波电容，第二保护二极管，光电耦合器；

所述第二保护二极管的阴极与所述光电耦合器的阳极连接，所述第二保护二极管的阳极与所述光电耦合器的阴极连接。

7.根据权利要求6所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述第二保护二极管为如下中的任意一种：

通用二极管、稳压管、TVS管。

8.根据权利要求6所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述状态输出电路包括上拉电阻；

所述上拉电阻与所述光电耦合器的集电极连接，其连接的交汇点与所述第一插接件连接。

9.根据权利要求6所述的一种带反馈的开关，其特征在于：

所述状态输出电路由所述光电耦合器的集电极直接输出，

所述光电耦合器的集电极与所述第一插接件连接，构成集电极开路输出模式。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种带反馈的开关，其特征在于：还包括外壳；所述PCB本体设置在所述外壳的内部，第一插接件和第二插接件的至少部分设置在所述外壳的外部。

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