CN219978420U - 开关量输入检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种开关量输入检测电路，包括：处理单元、隔离单元和开关量接口，处理单元包括输出端和输入端，隔离单元包括第一电容和第二电容，处理单元的输出端、第一电容、开关量接口、第二电容、处理单元的输入端依次连接构成回路；其中，处理单元能够输出PWM信号，并处理反馈信号以获得开关量的状态。通过本申请，解决了相关技术中开关量输入检测电路存在成本高、结构复杂的问题，降低了开关量输入检测电路的隔离成本和结构复杂度。

Description

开关量输入检测电路

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种开关量输入检测电路。

背景技术

大部分系统及外部设备可以提供非带电量的开关量信号用来提示自身的状态，所以对设备状态的读取都可以通过开关量输入检测电路来实现。由于现场环境通常比较复杂，如果开关量输入检测电路不具备隔离功能，外部系统不但会通过检测电路影响设备内部的工作，严重的还会导致设备损坏，所以具有隔离功能的开关输入检测是很有必要的。隔离基本分为两种，一种是采用变压器的电磁隔离，一种是采用光耦的光电隔离。

相关技术提供了一种隔离开关量检测装置，其设计要点是通过变压器构成一个无反馈的隔离电源，实现与外部输入开关量的隔离及检测，适用于无源的开关量线路三态检测，能检测出的三态包括：正常、断路、短路。但是，该方案精度低，其检测的精度依赖于变压器两边的感值，常规的信号隔离变压器其精度均在20％以上，故检测精度较低；变压器的成本较高。

相关技术提供了另一种全隔离开关量检测装置，其设计要点是采用内置的独立电源模组连接开关量信号采集模块，实现开关量采集装置的供电全隔离。但是，该方案结构复杂，除了信号隔离部分，还需要设计独立/内置的隔离电源模块；成本高，需要配置对应的隔离电源。

目前针对相关技术中开关量输入检测电路存在隔离成本高、结构复杂的问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种开关量输入检测电路，以至少解决相关技术中开关量输入检测电路存在隔离成本高、结构复杂的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种开关量输入检测电路，包括：处理单元、隔离单元和开关量接口，所述处理单元包括输出端和输入端，所述隔离单元包括第一电容和第二电容，所述处理单元的输出端、所述第一电容、所述开关量接口、所述第二电容、所述处理单元的输入端依次连接构成回路；其中，所述处理单元能够输出PWM信号，并处理反馈信号以获得开关量的状态。

在其中一些实施例中，所述处理单元包括：微处理器。

在其中一些实施例中，所述开关量输入检测电路还包括：整流滤波单元，分别与所述隔离单元、所述开关量接口连接。

在其中一些实施例中，所述整流滤波单元包括：第三电容、第一二极管和第二二极管，所述第三电容的两端分别连接所述开关量接口，所述第一二极管与所述第三电容并联，所述第二二极管的两端分别连接所述第一二极管、所述第三电容。

在其中一些实施例中，所述开关量输入检测电路还包括：检测单元，连接于所述处理单元的输入端和所述隔离单元之间。

在其中一些实施例中，所述检测单元包括：三极管，所述三极管的基极与所述第二电容连接，所述三极管的集电极与电源端连接，所述三极管的发射极与接地端连接。

在其中一些实施例中，所述检测单元还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻与所述三极管集电极连接，所述第二电阻与所述三极管的发射极连接，所述第三电阻和所述第四电阻串联在电源端和接地端之间，且所述第三电阻和所述第四电阻之间的连接点与所述三极管的基极连接。

在其中一些实施例中，所述检测单元还包括：第四电容，连接于所述三极管的基极和所述第二电容之间。

在其中一些实施例中，所述检测单元还包括：第五电容，连接于所述处理单元的输入端和接地端之间。

在其中一些实施例中，所述检测单元还包括：采样电阻，连接于所述第二电容和接地端之间。

相比于相关技术，本申请实施例提供的开关量输入检测电路，包括：处理单元、隔离单元和开关量接口，处理单元包括输出端和输入端，隔离单元包括第一电容和第二电容，处理单元的输出端、第一电容、开关量接口、第二电容、处理单元的输入端依次连接构成回路；其中，处理单元能够输出PWM信号，并处理反馈信号以获得开关量的状态。通过本申请，解决了相关技术中开关量输入检测电路存在成本高、结构复杂的问题，降低了开关量输入检测电路的隔离成本和结构复杂度。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图一；

图2是本申请一实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图二；

图3是本申请一实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图三；

图4是本申请一实施例提供的开关量输入检测电路的工作流程图。

附图标记：100、处理单元；200、隔离单元；300、开关量接口；400、整流滤波单元；500、检测单元；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R0、采样电阻；D1、第一二极管；D2、第二二极管；Q1、三极管。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

在一个实施例中，提供了一种开关量输入检测电路，图1是本实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图，如图1所示，该开关量输入检测电路包括：处理单元100、隔离单元200和开关量接口300，处理单元100包括输出端和输入端，隔离单元200包括第一电容C1和第二电容C2，处理单元100的输出端、第一电容C1、开关量接口300、第二电容C2、处理单元100的输入端依次连接构成回路。处理单元100通过输出端输出PWM信号，驱动开关量输入检测电路工作；PWM信号经由隔离单元200传输至开关量接口300，同时回流至处理单元100的输入端，形成反馈信号，处理单元100能够处理反馈信号以获得开关量的状态。可选地，处理单元100包括微处理器。隔离单元200可采用高压电容。本实施例通过采用电容隔离外部系统和内部系统，起到隔离作用及PWM信号传输的作用，仅需低成本器件，结构简单，无需隔离电源，检测精度高，对器件精度依赖性低。

在一个实施例中，提供了另一种开关量输入检测电路，图2是本实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图，如图2所示，该开关量输入检测电路包括：处理单元100、隔离单元200和开关量接口300，处理单元100包括输出端和输入端，隔离单元200包括第一电容C1和第二电容C2，处理单元100的输出端、第一电容C1、开关量接口300、第二电容C2、处理单元100的输入端依次连接构成回路。该开关量输入检测电路还包括：整流滤波单元400和检测单元500。其中，整流滤波单元400分别与隔离单元200、开关量接口300连接，用于将PWM信号进行处理，并作用到开关量接口300。检测单元500连接于处理单元100的输入端和隔离单元200之间，用于将反馈信号由电流转为电压，从而将开关量状态转化为电压信息。

在一个实施例中，提供了另一种开关量输入检测电路，图3是本实施例提供的开关量输入检测电路的结构示意图，如图3所示，整流滤波单元400包括：第三电容C3、第一二极管D1和第二二极管D2，第三电容的两端分别连接开关量接口300，第一二极管D1与第三电容C3并联，第二二极管D2的两端分别连接第一二极管D1、第三电容C3。具体地，第一二极管D1的正极和第三电容C3连接，第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极连接，第二二极管D2的负极和第三电容C3连接。

检测单元500包括：三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第四电容C4、第五电容C5和采样电阻R0。三极管Q1的基极与第二电容C2连接，具体地，三极管Q1的基极与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端和第二电容C2连接，第五电容C5连接于处理单元100的输入端和接地端之间。三极管Q1的集电极与电源端连接，三极管Q1的发射极与接地端连接。第一电阻R1与三极管集电极连接，第二电阻R2与三极管的发射极连接，第三电阻R3和第四电阻R4串联在电源端和接地端之间，且第三电阻R3和第四电阻R4之间的连接点与三极管Q1的基极连接，第三电阻R3和第四电阻R4构成分压单元，用于为三极管Q1的基极提供合适电压。采样电阻R0连接于第二电容C2和接地端之间，用于将电流转为电压作用至偏置共射极放大电路。

图4是本实施例提供的开关量输入检测电路的工作流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：

步骤S401，设置输入信号频率F、占空比D、开关量阈值X；

步骤S402，微处理器输入信号频率F、占空比D；

步骤S403，微处理器通过ADC读取输出检测的电压值U，并存储多组U值；

步骤S404，对多组U值进行FFT计算，计算提取频率为F下的数值，此数值记为Uz；

步骤S405，将Uz和开关量阈值X进行对比，进行多次对比后，若Uz≥X，则判定开关量为开路状态，若Uz＜X，则判定开关量为短路闭合状态；

步骤S406，循环N次检测，进行复合；

步骤S407，输出检测结果。

在本实施例中，由微处理器输出一定频率的PWM信号，PWM信号通过第一电容C1传输至隔离端，由第一二极管D1、第二二极管D2和第三电容C3进行波形整形，并作用至开关量接口300。同时通过第二电容C2和采样电阻R0回流至系统，在回流的过程中，R0作为采样电阻，将电流转为电压作用至偏置共射极放大电路，经过二极管与第五电容C5的峰值保持电路后，将电压信号输出至微处理器，微处理通过数据处理后，得出被测开关量的实际状态。

本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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

Claims (10)

1.一种开关量输入检测电路，其特征在于，包括：处理单元、隔离单元和开关量接口，所述处理单元包括输出端和输入端，所述隔离单元包括第一电容和第二电容，所述处理单元的输出端、所述第一电容、所述开关量接口、所述第二电容、所述处理单元的输入端依次连接构成回路；其中，所述处理单元能够输出PWM信号，并处理反馈信号以获得开关量的状态。

2.根据权利要求1所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述处理单元包括：微处理器。

3.根据权利要求1所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述开关量输入检测电路还包括：整流滤波单元，分别与所述隔离单元、所述开关量接口连接。

4.根据权利要求3所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述整流滤波单元包括：第三电容、第一二极管和第二二极管，所述第三电容的两端分别连接所述开关量接口，所述第一二极管与所述第三电容并联，所述第二二极管的两端分别连接所述第一二极管、所述第三电容。

5.根据权利要求1所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述开关量输入检测电路还包括：检测单元，连接于所述处理单元的输入端和所述隔离单元之间。

6.根据权利要求5所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述检测单元包括：三极管，所述三极管的基极与所述第二电容连接，所述三极管的集电极与电源端连接，所述三极管的发射极与接地端连接。

7.根据权利要求6所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻与所述三极管集电极连接，所述第二电阻与所述三极管的发射极连接，所述第三电阻和所述第四电阻串联在电源端和接地端之间，且所述第三电阻和所述第四电阻之间的连接点与所述三极管的基极连接。

8.根据权利要求6所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括：第四电容，连接于所述三极管的基极和所述第二电容之间。

9.根据权利要求6所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括：第五电容，连接于所述处理单元的输入端和接地端之间。

10.根据权利要求5所述的开关量输入检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括：采样电阻，连接于所述第二电容和接地端之间。