CN217405332U - 继电器阵列控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种继电器阵列控制电路，涉及电子电路技术领域，包括控制器、串并转换模块、隔离模块以及继电器阵列，所述控制器用于输出至少一个串行控制信号，所述串并转换模块设有多路并行输出端，所述隔离模块设有隔离输入端和对应的隔离输出端，所述隔离输入端与多路所述并行输出端一一对应电连接，所述继电器阵列包括多个独立的继电器，所述隔离输出端分别与每一所述继电器的受控端一一对应电连接，所述隔离模块用于将所述并行控制信号耦合至每一所述继电器。上述电路能够节约控制器接口资源的同时保护整个控制电路免受继电器的电磁干扰。

Description

继电器阵列控制电路

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别涉及一种继电器阵列控制电路。

背景技术

在一些复杂的工控系统中，需要测量的电气参数非常多，通常涉及几十个通道信号甚至上百个通道信号的测量。在这种场景下，需要构建开关电路对通道信号进行选通，以便进行后续的测量和测试。一般通过继电器阵列来对上百个通道信号进行选通，但是如果直接使用微处理器的I/O端口对继电器阵列中的每个继电器进行控制的话，将会耗费巨量的接口资源，同时大量的继电器在吸合或者释放瞬间会产生强烈的电磁干扰，这些电磁干扰会影响微处理器的正常工作。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种继电器阵列控制电路，能够在节约控制器的接口资源的同时降低继电器阵列控制电路受电磁干扰的概率。

本申请提出一种继电器阵列控制电路，包括：

控制器，所述控制器用于输出至少一个串行控制信号；

串并转换模块，所述串并转换模块的信号输入端与所述控制器电连接，所述串并转换模块设有多路并行输出端，所述串并转换模块用于将从所述信号输入端接收的所述串行控制信号转换为多个并行控制信号以使所述并行控制信号在对应的多路所述并行输出端输出；

隔离模块，所述隔离模块设有隔离输入端和对应的隔离输出端，所述隔离输入端与多路所述并行输出端一一对应电连接；

继电器阵列，所述继电器阵列包括多个独立的继电器，所述隔离输出端分别与所述继电器的受控端一一对应电连接，所述隔离模块用于将所述并行控制信号通过对应的所述隔离输出端耦合至对应的所述继电器。

根据本申请实施例的继电器阵列控制电路，至少具有如下有益效果：通过串并转换模块将控制器从一个通信接口发出的串行控制信号转换为多个并行控制信号，并输出给与之电连接的隔离模块，隔离模块通过电气隔离，将并行控制信号分别送至继电器阵列中对应的继电器的受控端，从而通过控制器的一个通信接口控制一组继电器阵列，节约了控制器的接口资源，而隔离模块是将并行的控制信号耦合到继电器阵列，使得继电器的输入端与控制器、串并转换模块之间不存在直接的电路连接，继电器阵列的上电吸合或断开产生的电磁干扰不会作用于控制器以及串并转换模块，从而降低整个继电器阵列控制电路受电磁干扰的概率。

根据本申请的一些实施例，所述串并转换模块设有多个，所述控制器设有多个输出端；所述串并转换模块的信号输入端与所述控制器的输出端一一对应电连接。

根据本申请的一些实施例，所述隔离模块包括数字隔离器，所述数字隔离器的隔离输入端与对应的多路所述并行输出端电连接，所述数字隔离器的隔离输出端分别与多个所述继电器的受控端一一对应电连接。

根据本申请的一些实施例，其特征在于，所述串并转换模块包括串入并出移位寄存器，所述串入并出移位寄存器的输入端与所述控制器电连接，所述串入并出移位寄存器的多路所述并行输出端与所述隔离模块的隔离输入端一一对应电连接。

根据本申请的一些实施例，还包括多路达林顿管阵列，所述多路达林顿管阵列的输入端与所述隔离输出端电连接，所述多路达林顿管阵列的输出端与多个所述继电器的受控端一一对应电连接。

根据本申请的一些实施例，还包括开关电源和线性电源，所述开关电源用于给所述多路达林顿管阵列、所述继电器阵列以及所述隔离模块的隔离输出端供电，所述线性电源用于给所述控制器、所述串并转换模块、所述隔离模块的隔离输入端供电。

根据本申请的一些实施例，所述隔离模块还用于向所述多路达林顿管阵列输入高/低电平信号，所述隔离模块的隔离输入端没有输入信号或者没有供电时，所述隔离模块默认输出低电平信号。

根据本申请的一些实施例，所述控制器设有至少一个通信接口，所述通信接口为UART串口、I²C串口、SPI串口中之一，所述串并转换模块通过所述通信接口与所述控制器通信连接。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例的继电器阵列控制电路的模块示意图；

图2为本申请实施例的关于串入并出移位寄存器的外围引脚接线示意图；

图3为本申请实施例的其中一个数字隔离器的外围引脚接线示意图；

图4为本申请实施例的关于多路达林顿管阵列的外围引脚接线示意图；

图5为本申请实施例的另一个数字隔离器的外围引脚接线示意图。

附图标号如下：

控制器100；串并转换模块200；串入并出移位寄存器210；隔离模块300；数字隔离器 310；继电器阵列400；多路达林顿管阵列500；线性电源600；开关电源700。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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。

本申请的描述中，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申请中的具体含义。

参照图1，本申请提出一种继电器阵列控制电路，包括控制器100、串并转换模块200、隔离模块300和继电器阵列400，其中控制器100用于输出至少一个串行控制信号，串并转换模块200设有多路并行输出端，串并转换模块200用于将串行控制信号转换为并行控制信号并输出，隔离模块300设有与串并转换模块200的多路并行输出端对应的隔离输入端以及隔离输出端，其中隔离输入端与串并转换模块200的多路并行输出端一一对应电连接，需要说明的是，隔离模块300本质上是一种光耦隔离器件或者磁耦隔离器件，其通过将输入的并行控制信号进行电信号到光信号再到电信号的转换，或者进行电信号到磁信号再到电信号的转换，从而使隔离模块300的输入端与输出端之间没有直接的电气连接，信号通过光耦合或者磁耦合的方式输出，本申请并不对隔离模块300的类型做出限定，本领域技术人员可以根据需要合理替换。继电器阵列400包括多个独立的继电器，隔离模块300的隔离输出端分别与多个继电器的受控端对应电连接。

因此，通过在控制器100的输出端设置串并转换模块200，将原本需要多个I/O口来分别发出控制信号的方式转变为一个口发送，通过控制器100和串并转换模块200的配合，将控制器100发出的串行控制信号变为多路并行控制信号输出，以实现一路控制信号控制多路信号，同时在串并转换模块200的输出端与继电器阵列400之间设置隔离模块300，通过磁耦隔离或者光耦隔离的方式，对串并转换模块200的输出端和继电器之间进行电气隔离，避免大量继电器在上电吸合或断开时将电磁干扰传导到串并转换模块200和控制器100上，从而影响控制电路的正常工作，同时防止了大量继电器上电闭合或断开产生的电涌对串并转换模块200造成损害，从而保护了控制器100的同时对串并转换模块200进行保护。

参照图1，可以理解的是，上述的串并转换模块200设有多个，他们依次与控制器100 的串行控制信号的输出端电连接，每一串并转换模块200输出端连接有对应的一路隔离模块 300和一路继电器阵列400，从而构成大规模的继电器阵列400的控制电路，进而通过控制器 100依次输出一组串行控制信号，即可实现大规模继电器阵列400的控制。

参照图3和图5，可以理解的是，上述隔离模块300可以为数字隔离器310，具体地，数字隔离器310的隔离输入端与串并转换模块200的多路并行输出端电连接，数字隔离器310 的隔离输出端分别与多个继电器的受控端一一对应电连接。以实现继电器阵列400与控制电路之间的电气隔离，示例性地，本申请采用的数字隔离器310型号为ISO7140FCCDBQR，该数字隔离器310是一款四通道的数字隔离器310，为了隔离更多路的继电器，本申请将两片 ISO7140FCCDBQR并为一片组成八通道数字隔离器310，需要说明的是，本申请并不对数字隔离器310的型号做出限制，只要是能对多条通路实现电气隔离的器件都是可行的。

参照图1和图2，可以理解的是，上述串并转换模块200可以为串入并出移位寄存器210，具体地，串入并出移位寄存器210的信号输入端与控制器100的输出端电连接，串入并出移位寄存器210的多路并行输出端与隔离模块300的隔离输入端电连接。需要说明的是，本申请的控制器100可以是51单片机系统、STM32处理器系统等，只要是能提供I/O控制的器件均可，示例性地，本申请采用的串入并出移位寄存器210型号为SN74HC595DW，通过将其SER 端、RCLK端以及SRCLK端分别与控制器100预设的I/O口对应电连接，同时SN74HC595DW的 Q0至Q7作为多路并行输出端与隔离模块300的隔离输入端对应电连接。

参照图1和图4，可以理解的是，上述的控制电路还包括多路达林顿管阵列500，其中多路达林顿管阵列500的输入端与隔离模块300的隔离输出端电连接，多路达林顿管阵列500 的输出端与多个继电器的受控端一一对应电连接。

示例性地，以ULN2803ADW的八路达林顿管为例，其中IN1到IN8引脚分别与对应的串并转换模块200的多路并行输出端对应电连接，OUT1到OUT8分别与八个继电器的受控端一一对应电连接，需要说明的是，本申请的继电器采用电流驱动的方式，为了提高隔离模块300 的带负载能力，通过多路达林顿管阵列500对控制信号进行放大，以适应更高工作电流的继电器。

参照图1至图5，进一步地，上述控制电路还包括开关电源700和线性电源600，其中开关电源700的输出端分别与多路达林顿管阵列500的输出端的电源接口和继电器阵列400的电源输入端电连接，线性电源600的输出端分别与控制器100的电源输入端和串并转换模块 200的电源输入端以及多路达林顿管阵列500的输入端的电源接口电连接。可以理解的是，控制器100内部还包含有模数或者数模转换电路，这些电路对电源噪声较为敏感，采用线性电源600为其供电，可以有效减少电源噪声的干扰。同时多路达林顿管阵列500在输出时以及继电器阵列400在工作时，它们需要较大的电源功率，采用开关电源700可以有效地保证这些器件的正常工作和输出。

可以理解的是，隔离模块300还用于为多路达林顿管阵列500输入高/低电平信号，且保证初始上电情况下，默认输出低电平信号。

需要说明的是，继电器一般低电平吸合，由于隔离模块300是通过多路达林顿管阵列500 向继电器阵列400发出控制信号的，而多路达林顿管阵列500内部集成有反相器，当控制器 100端不控制隔离模块300的输入端时，隔离模块300输出低电平信号，该低电平信号经过多路达林顿阵列的反相后，输出的是高电平信号，进而使得继电器接不会自动吸合，提高了继电器阵列400的控制稳定性。

可以理解的是，上述控制器100设有UART串口、I²C串口、SPI串口，串并转换模块200 通过UATR串口或I²C串口或SPI串口中的任意一种串口与控制器100通信连接。需要说明的是，本申请并不对上述的串口类型做出限定，本领域技术人员可以根据串行数据在传输时的速度需求以及工作方式需求合理替换。

综上所述，参照图1至图5，示例性地，本申请提出了一种具体的继电器阵列控制电路，其中包括微处理器、串入并出移位寄存器210、数字隔离器310、多路达林顿管阵列500、继电器阵列400、线性电源600以及开关电源700。其中微处理器通过预设的三个I/O口分别与串入并出移位寄存器210的SER端、RCLK端以及SRCLK端通信连接，串入并出移位寄存器210 的Q0到Q7输出端分别与数字隔离器310的两组INA、INB、INC和IND一一对应电连接，数字隔离器310的两组OUTA、OUTB、OUTC以及OUTD组成的八路隔离输出端分别与多路达林顿管阵列500的IN1到IN8端一一对应连接，多路达林顿管阵列500的OUT1到OUT8分别与继电器阵列400中对应的八个继电器的受控端一一电连接。可以理解的是，微处理器、串入并出移位寄存器210、数字隔离器310、多路达林顿管阵列500和继电器阵列400都是需要电源供电的，其中数字隔离器310的隔离输入端和隔离输出端两端都是需要供电的，因此，上述器件的供电关系为：数字隔离器310输入端与微处理器、串入并出移位寄存器210使用线性电源600，数字隔离器310输出端与多路达林顿管阵列500、继电器阵列400使用开关电源 700。

因此，基于采用上述器件连接关系的继电器阵列控制电路，本申请通过串入并出移位寄存器210将微处理器发出的串行控制信号转换为多路的并行控制信号输出，以实现一路串口控制多路信号，同时在串入并出移位寄存器210的多路并行输出端与继电器阵列400之间设置数字隔离器310，通过磁耦隔离的方式，对串入并出移位寄存器210的输出端和继电器之间进行电气隔离，避免大量继电器在上电吸合或断开时将电磁干扰传导到控制器100上，从而影响控制电路的正常工作，同时防止了大量继电器上电闭合或断开产生的电涌对串入并出移位寄存器210造成损害，从而保护了控制器100的同时对串并转换模块200进行保护，提高了整个电路的保护力度，保障了整个电路的正常运行。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下，做出各种变化。

Claims (8)

1.一种继电器阵列控制电路，其特征在于，包括：

控制器，所述控制器用于输出至少一个串行控制信号；

串并转换模块，所述串并转换模块的信号输入端与所述控制器电连接，所述串并转换模块设有多路并行输出端，所述串并转换模块用于将从所述信号输入端接收的所述串行控制信号转换为多个并行控制信号以使所述并行控制信号在对应的多路所述并行输出端输出；

隔离模块，所述隔离模块设有隔离输入端和对应的隔离输出端，所述隔离输入端与多路所述并行输出端一一对应电连接；

继电器阵列，所述继电器阵列包括多个独立的继电器，所述隔离输出端分别与所述继电器的受控端一一对应电连接，所述隔离模块用于将所述并行控制信号通过对应的所述隔离输出端耦合至对应的所述继电器。

2.根据权利要求1所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，所述串并转换模块设有多个，所述控制器设有多个输出端；所述串并转换模块的信号输入端与所述控制器的输出端一一对应电连接。

3.根据权利要求1所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，所述隔离模块包括数字隔离器，所述数字隔离器的隔离输入端与对应的多路所述并行输出端电连接，所述数字隔离器的隔离输出端分别与多个所述继电器的受控端一一对应电连接。

4.根据权利要求1所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，所述串并转换模块包括串入并出移位寄存器，所述串入并出移位寄存器的输入端与所述控制器电连接，所述串入并出移位寄存器的多路所述并行输出端与所述隔离模块的隔离输入端一一对应电连接。

5.根据权利要求1所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，还包括多路达林顿管阵列，所述多路达林顿管阵列的输入端与所述隔离输出端电连接，所述多路达林顿管阵列的输出端与多个所述继电器的受控端一一对应电连接。

6.根据权利要求5所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，还包括开关电源和线性电源，所述开关电源用于给所述多路达林顿管阵列、所述继电器阵列以及所述隔离模块的隔离输出端供电，所述线性电源用于给所述控制器、所述串并转换模块、所述隔离模块的隔离输入端供电。

7.根据权利要求5所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，所述隔离模块还用于为所述多路达林顿管阵列在上电时默认输入低电平信号，以防止所述继电器上电吸合。

8.根据权利要求1所述的继电器阵列控制电路，其特征在于，所述控制器设有至少一个通信接口，所述通信接口为UART串口、I²C串口、SPI串口中之一，所述串并转换模块通过所述通信接口与所述控制器通信连接。

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