CN216122212U - 一种可扩展驱动能力的高速开出电路 - Google Patents
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Abstract
一种可扩展驱动能力的高速开出电路，包括连接的移位寄存器电路和开关隔离电路，开关隔离电路连接于移位寄存器的输出端；开关隔离电路，包括有高压光电耦合器，高压光电耦合器的阴极输入端连接于移位寄存器电路的输出端，高压光电耦合器输入侧的阳极与高压开关电路连接，高压开关电路之间并联有TVS管和高压电容。本发明对于嵌入式处理器IO资源紧张的嵌入式处理器，可以用最少的嵌入式处理器IO根据需要可扩充开出电路；响应速度快、驱动能力强；具备较强的抗干扰能力，满足在恶劣电磁环境下工作的需要。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种可扩展驱动能力的高速开出电路。
背景技术
在电力系统中，继电保护装置的应用非常广泛，且不可或缺。在二次系统中，无论是小到一些电力装置，还是大到整个电力系统，都需要提供故障警告信号、跳闸/合闸电路，以确保电力设备的安全。在驱动这些电路时面临着以下几种困难：（1）现场被驱动的电路数量不一定，可能多可能少，要求具备一定数量的驱动电路端口，但是嵌入式处理器的IO资源有限，很难预留出足够多的IO用于开出驱动；（2）有些被驱动电路要求响应速度快，甚至低至100us，传统的继电器开出节点只能在毫秒级，无法满足这种微秒级的高速要求；（3）有些被驱动电路对驱动电流有要求，甚至可达300毫安，光耦的驱动电流只有十几毫安，传统的继电器开出节点无法输出这么大范围的驱动电流；（4）被驱动电路有带电的，也有不带电的，带的电压可达250V，传统的继电器开出节点无法输出这么大范围的驱动电压；（5）电力系统中面临电磁等各种干扰，误动作将给电力系统带来致命的威胁。
因此，有必要设计一种抗干扰强且可扩展驱动能力的高速开出电路，能克服以上困难，保障电力系统的安全稳定运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供兼容性强、响应速度快、驱动能力强、且抗干扰强的一种可扩展驱动能力的高速开出电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可扩展驱动能力的高速开出电路，包括连接的移位寄存器电路和开关隔离电路，所述开关隔离电路连接于所述移位寄存器电路的输出端；所述开关隔离电路，包括有高压光电耦合器，所述高压光电耦合器的阴极输入端连接于移位寄存器电路的输出端，所述高压光电耦合器输入侧的阳极与高压开关电路连接，所述高压开关电路之间并联有TVS管和高压电容。
进一步的，所述移位寄存电路，包括依次连接的若干个移位寄存电路单元，每个所述移位寄存电路单元均连接有开关隔离电路。
进一步的，所述移位寄存电路单元和次级移位寄存电路均包括有移位寄存器，所述移位寄存器的控制端与嵌入式处理器的IO口连接。
进一步的，所述高压光电耦合器输入侧的阳极通过电阻R1与电源VCC连接，所述高压光耦的输出端集电极与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与自恢复保险丝F1的一端连接，自恢复保险丝F1的另一端作为开出的一个输出节点A；所述高压光耦的输出端发射极分成两条支路：一条支路连接高压NPN三极管Q1的基极，另一条支路连接电阻R2；所述高压NPN三极管Q1的集电极连接二极管D1的阴极；所述高压NPN三极管Q1的发射极分为两个支路：其中一个支路连接高压NPN三极管Q2的基极，另一个支路连接功率电阻R3；所述高压NPN三极管Q2的集电极连接二极管D1的阴极；所述电阻R2的另一端、功率电阻R3的另一端和高压NPN三极管Q2的发射极连接在一起作为开出的另一个输出节点B。
进一步的，在输出节点A和节点B之间并联TVS管和高压电容。
进一步的，在输出节点A与外壳之间连接两个Y电容；在输出节点B与外壳之间连接两个Y电容，在接入负极性源或无源开入量时或开路时起到普通二极管的单向导通作用。
进一步的，所述移位寄存器的锁存时钟信号Latch Clock与地之间并联一个电阻和一个电容，所述移位寄存器的输出使能信号Output Enable与电源VCC之间并联一个电阻和一个电容。
进一步的，所述移位寄存器的型号为8位的MC74HC595A，光电耦合器的型号为TLP388。
本发明的有益效果是，（1）对于IO资源紧张的嵌入式处理器，可以用最少的IO根据需要可扩充开出电路；（2）响应速度快、驱动能力强；（3）具备较强的抗干扰能力，满足在恶劣电磁环境下工作的需要。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是移位寄存器电路的原理图；
图3是开关隔离电路的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
如图1所示，一种可扩展驱动能力的高速开出电路的实施例，包括连接的移位寄存器电路和开关隔离电路，所述开关隔离电路连接于所述移位寄存器电路的输出端；所述开关隔离电路，包括有高压光电耦合器，所述高压光电耦合器的阴极输入端连接于移位寄存器电路的输出端，所述高压光电耦合器输入侧的阳极与高压开关电路连接，所述高压开关电路之间并联有TVS管和高压电容。
如图2所示的移位寄存器电路的原理图，U2是型号为MC74HC595A的8位移位寄存器，电阻R4和R5的阻值均为4.7K欧姆，C2为无极性10uF电容，C3为470pF电容，C4为10nF无极性电容，R6为100R电阻；MC74HC595A的锁存时钟信号Latch Clock为12脚，输出使能信号Output Enable为13脚，移位时钟为11脚，这三个脚的信号均来自于嵌入式处理器的IO口；MC74HC595A的串行数据输入为14脚，经过R6连接嵌入式处理器的IO口；MC74HC595A的输出脚一共有8个，具体为1、2、3、4、5、6、7和15脚，这8个引脚中的任意1个脚均可连接到如图3所示的开关隔离电路的输入脚；在此处，将MC74HC595A的输出脚15连接到图3对应信号KOUT1处，形成1对高速开出节点A和B；一片MC74HC595A可接8个如图3所示的开关隔离电路，构成8对高速开出节点。
如图3所示的开关隔离电路的原理图，VCC接+5V电源，与嵌入式处理器及移位寄存器的供电电源共地，EGND表示机箱的外壳，机箱的外壳通过电缆连接到大地；U1是具有最大集电极/发射极电压300V的光电耦合器TLP388，Q1和Q2是耐压值为400V的NPN三极管FZT658，R3是普通功率为1/8W的10K欧姆电阻，R3为功率为1W的2.8欧姆电阻，D1为1N4007，TVS1为SMBJ350A的TVS管，C1为耐压值为1000V的10nF无极性电容，E1、 E2、E3和E4为耐压400V4.7nF的Y电容，F1为300mA自恢复保险丝；光电耦合器TLP388的第二脚是开关隔离电路的输入，该脚上的信号KOUT来自于移位寄存器电路的输出；该开关隔离电路对应一对高速开出节点A和B。
一片MC74HC595A加上8个如图2所示的开关隔离电路，构成8对高速开出节点；两片MC74HC595A加上16个如图3所示的开关隔离电路，构成16对高速开出节点；第一片MC74HC595A为U2，它与嵌入式处理器的接法仍跟图2中一致；第二片MC74HC595A为U3，U3的锁存时钟信号Latch Clock为12脚与U2的12脚并联，U3的输出使能信号Output Enable为13脚与U2的13脚并联，U3的移位时钟为11脚与U2的11脚并联；U2的串行数据输出脚为9脚，经过R7连接到U3的串行数据输入脚，即14脚，并在该脚与地之间并联一个10nF的电容；两片MC74HC595A一共有16个输出，这16个输出中的任意1个脚均可连接到如图3所示的开关隔离电路的输入脚；两片MC74HC595A可接16个如图3所示的开关隔离电路，构成16对高速开出节点。
说明书中未详细说明的内容属于本领域技术人员熟知的现有技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，包括连接的移位寄存器电路和开关隔离电路，所述开关隔离电路连接于所述移位寄存器电路的输出端；所述开关隔离电路，包括有高压光电耦合器，所述高压光电耦合器的阴极输入端连接于移位寄存器电路的输出端，所述高压光电耦合器输入侧的阳极与高压开关电路连接，所述高压开关电路之间并联有TVS管和高压电容。
2.根据权利要求1所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述移位寄存电路，包括依次连接的若干个移位寄存电路单元，每个所述移位寄存电路单元均连接有开关隔离电路。
3.根据权利要求2所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述移位寄存电路单元包括有移位寄存器，所述移位寄存器的控制端与嵌入式处理器的IO口连接。
4.根据权利要求3所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述高压光电耦合器输入侧的阳极通过电阻R1与电源VCC连接，所述高压光电耦合器的输出端集电极与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与自恢复保险丝F1的一端连接，自恢复保险丝F1的另一端作为开出的一个输出节点A；所述高压光电耦合器的输出端发射极分成两条支路：一条支路连接高压NPN三极管Q1的基极，另一条支路连接电阻R2；所述高压NPN三极管Q1的集电极连接二极管D1的阴极；所述高压NPN三极管Q1的发射极分为两个支路：其中一个支路连接高压NPN三极管Q2的基极，另一个支路连接功率电阻R3；所述高压NPN三极管Q2的集电极连接二极管D1的阴极；所述电阻R2的另一端、功率电阻R3的另一端和高压NPN三极管Q2的发射极连接在一起作为开出的另一个输出节点B。
5.根据权利要求4所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述在输出节点A和节点B之间并联TVS管和高压电容。
6.根据权利要求5所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述在输出节点A与外壳之间连接两个Y电容；在输出节点B与外壳之间连接两个Y电容。
7.根据权利要求6所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述移位寄存器的锁存时钟信号Latch Clock与地之间并联一个电阻和一个电容，所述移位寄存器的输出使能信号Output Enable与电源VCC之间并联一个电阻和一个电容。
8.根据权利要求7所述的一种可扩展驱动能力的高速开出电路，其特征在于，所述移位寄存器的型号为8位的MC74HC595A，光电耦合器的型号为TLP388。
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