CN102436218B - 输出电路和输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种向外部设备输出源型信号或者漏型信号的输出电路和输出装置，该输出装置具有该输出电路。在利用DIP开关选择了源型输出的情况下，使第二开关元件接通。在利用DIP开关选择了漏型输出的情况下，使第一开关元件接通。在选择源型输出而将外部电源错误地连接到第二输出端子的情况下，大电流流过第二开关元件，保险丝切断。输出电路、具有该输出电路的输出装置在将输出端子切换为漏型或者源型的情况下不需要更换基板，在将电源错误地连接到输出端子的情况下防止开关元件的破损。

Description

输出电路和输出装置

技术领域

本发明涉及一种向外部设备输出高电位(源型)信号或者低电位(漏型)信号的输出电路和具有该输出电路的输出装置。

背景技术

一般机床的数值控制装置具备输出电路和输入电路。输出电路向能够与机床连接的外部设备输出信号。从外部设备对输入电路输入信号。在外部设备的输入输出信号为源型信号的情况下，在数值控制装置中使用与源型相对应的输入输出电路。在外部设备的输入输出信号为漏型信号的情况下，在数值控制装置中使用与漏型相对应的输入输出电路。操作者更换数值控制装置的输入输出电路以使数值控制装置的输入输出电路的类型和外部设备的输入输出信号的类型匹配。

在日本国特许公报第3700315号中公开了能够更换输入输出电路部的数值控制装置。数值控制装置具备固定基板和装卸基板。装卸基板能够安装于固定基板和从固定基板卸下。固定基板具备控制部。装卸基板具备端子座、漏型或者源型的输入输出电路部。

上述固定基板的控制部在漏型和源型的输入输出电路部中共用。数值控制装置更换具备漏型输入输出电路部的装卸基板和具备源型输入输出电路部的装卸基板，来与外部设备的输入输出信号相对应。

操作者需要预先准备两种装卸基板。在这种情况下，数值控制装置的制造费用增加。在将装卸基板切换为漏型或者源型的情况下，需要进行更换作业。向漏型或者源型的切换并不容易。

为了避免基板的更换，能够利用开关元件的接通/断开来将输出端子向漏型或者源型切换。在将外部设备连接到输出电路的情况下，操作者将外部设备和与该外部设备相对应的输出端子连接。在操作者不熟悉连接作业或者操作者错误识别了输出端子和外部设备的对应关系的情况下，操作者将外部电源连接到通过开关元件而接地的漏型输出端子。

在接通了开关元件的状态下，在操作者将外部电源连接到漏型输出端子时，大电流流过开关元件。在流过了超过开关元件的容量的电流的情况下，开关元件将破损。

本发明的目的在于提供一种输出电路和具备该输出电路的输出装置，在将输出端子切换为漏型或者源型的情况下不更换基板，在将电源错误地连接到输出端子的情况下能够防止开关元件的破损。

发明内容

本案的第一发明涉及一种输出电路，从源型的第一输出端子或者漏型的第二输出端子输出信号，该输出电路的特征在于，具备：选择部，其选择上述第一输出端子或者上述第二输出端子；第一开关元件，其连接在上述第一输出端子和电源部之间；以及第二开关元件和保险丝，该第二开关元件和保险丝串联连接在上述第二输出端子和接地部之间，其中，在由上述选择部选择了上述第一输出端子的情况下，使上述第二开关元件接通，在选择了上述第二输出端子的情况下，使上述第一开关元件接通。

第一发明的输出电路在利用选择部选择了第一输出端子的情况下，使第二开关元件接通，利用第一开关元件的接通/断开来使向外部设备的输出接通/断开。在将外部电源错误地连接到第二输出端子的情况下，大电流流过第二开关元件，保险丝立即切断。因此，能够防止第二开关元件的破损。在利用选择部选择了第二输出端子的情况下，输出电路使第一开关元件接通，利用第二开关元件的接通/断开来使向外部设备的输出接通/断开。在将输出端子切换为漏型或者源型的情况下，不需要更换基板。

本案的第二发明是在第一发明中，在电源部和接地部之间串联连接有第一分压电路和第三开关元件，该第三开关元件对该第一分压电路与接地部的连接进行控制，在电源部和接地部之间串联连接有第二分压电路和第四开关元件，该第四开关元件对该第二分压电路与电源部的连接进行控制，根据在上述第三开关元件的控制下产生的上述第一分压电路的输出来使上述第一开关元件接通，根据在上述第四开关元件的控制下产生的上述第二分压电路的输出来使上述第二开关元件接通。

第二发明的输出电路通过第三开关元件的控制，来控制第一分压电路的输出，控制第一开关元件的接通/断开，通过第四开关元件的控制，来控制第二分压电路的输出，控制第二开关元件的接通/断开。一般第一开关元件和第二开关元件的动作电压比外部设备的动作电压还低。根据来自数值控制装置的电压信号，输出电路控制第三开关元件和第四开关元件的动作。第三开关元件、第四开关元件对第一开关元件和第二开关元件进行接通/断开控制。在第三开关元件、第四开关元件分别对第一开关元件、第二开关元件进行接通控制的情况下，第一分压电路、第二分压电路分别对电源部的电压进行降压以避免超过第一开关元件、第二开关元件的动作电压。因此，输出电路不破损第一开关元件、第二开关元件地向外部设备输出电压信号。

本案的第三发明是在第一或者第二发明中，还具备控制装置，该控制装置具有用于输入从上述第二输出端子输出的信号的端口且控制上述第一开关元件和上述第二开关元件的动作，上述控制装置根据从上述端口输入的信号来检测上述保险丝的切断。

第三发明的输出电路在通过选择部选择了第一输出端子而操作者将外部电源错误地连接到第二输出端子的情况下，保险丝切断。在保险丝切断前，第二输出端子接地，因此低电平的“L”信号输入到控制装置。在保险丝切断后，解除第二输出端子的接地，因此高电平的“H”信号输入到控制装置。通过保险丝的切断，来自第二输出端子的输入信号从“L”变化为“H”，因此控制装置检测到在第二开关元件中流过了过剩电流。

本案的第四发明是在第一或者第二发明中，能够更换上述保险丝。

第四发明的输出电路通过更换切断的保险丝来快速地恢复输出电路。

本案的第五发明是在第一或者第二发明中，上述第一开关元件和上述第二开关元件是FET。

第五发明的输出电路使用FET作为第一开关元件和第二开关元件，可靠地实现向漏型或者源型的输出端子的切换。

本案的第六发明涉及一种输出装置，其特征在于，具备一个根据第一至第五发明中的任一项发明所述的输出电路和其它输出电路，其中，其它输出电路具备：源型的第三输出端子；漏型的第四输出端子；选择装置，其选择该第三输出端子或者该第四输出端子；第五开关元件，其连接在上述第三输出端子和电源部之间；以及第六开关元件，其连接在上述第四输出端子和上述保险丝之间，在由上述选择装置选择了上述第三输出端子的情况下，使上述第五开关元件接通，在选择了上述第四输出端子的情况下，使上述第六开关元件接通。

第六发明的输出装置在使用多个输出电路的情况下，在一个输出电路的保险丝上连接其它输出电路的第六开关元件，因此与对各输出电路设置保险丝的情况相比，能够削减保险丝的数量。在第二开关元件或者第六开关元件中流过了过剩电流的情况下，保险丝切断，由一个保险丝来保护第二开关元件和第六开关元件。

附图说明

图1是表示实施方式1的输出电路的电路图。

图2是表示各模式中的DIP开关的状态的图。

图3是在源型输出对应模式中将外部电源错误地连接到第二输出端子时的电路图。

图4是表示实施方式2的输出装置的电路图。

具体实施方式

(实施方式1)

图1是表示实施方式1的输出电路的电路图。输出电路1设在机床的数值控制装置中，安装在未图示的基板上。输出电路1具备：控制装置10、第一输出端子21、第二输出端子22、端子座80以及DIP(Dual In-line Package：双列直插式封装)开关81(选择部)。外部设备与第一输出端子21和第二输出端子22连接。外部设备以24V系的信号进行动作。图中将DIP开关表述为DIPSW。

控制装置10例如具备FPGA(Field Programmable GateArrey：现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)或者微计算机。控制装置10具备两个输出端口10a、10b以及一个输入端口10c。控制装置10根据DIP开关81的选择来控制后述的FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)的驱动。控制装置10以3.3V进行动作。

p型的MOSFET 31(第一开关元件，下面称作FET 31)连接在第一输出端子21和24V电源(电源部)91之间。FET 31的源极连接在电源91上。FET 31的漏极连接在第一输出端子21上。

电阻41连接在FET 31的栅极和电源91之间。FET 31的栅极经由电阻42连接在NPN型的晶体管51(第三开关元件)的集电极上。晶体管51的发射极接地。晶体管51的基极经由电阻52连接在控制装置10的输出端口10a上。晶体管51的基极和发射极经由电阻53进行连接。电阻41和电阻42构成第一分压电路。FET 31的栅极动作电压是15V，比外部设备的动作电压(24V)还低。设定第一分压电路使得提供给栅极的电压成为栅极动作电压。

n型的MOSFET 32(第二开关元件，以下称作FET 32)和保险丝35串联连接在第二输出端子22和接地侧线(接地部)之间。FET32的漏极连接在第二输出端子22上。FET 32的源极经由保险丝35接地。FET 32的源极经由转换电路82连接在控制装置10的输入端口10c上。转换电路82对电压进行转换。转换电路82将输入信号(例如24V的信号)转换为与控制装置10相对应的3.3V的信号。

FET 32的栅极经由电阻43连接在保险丝35的一端部上。保险丝35的另一端部接地。保险丝35以与额定电流相比充分小的电流切断。额定电流是成为防止FET 32破损的基准的电流。保险丝35能够更换。FET 32的栅极经由电阻44连接在晶体管61(第四开关元件)的集电极上。晶体管61的发射极连接在24V的电源92上。晶体管61的基极和发射极经由电阻63进行连接。电阻43和电阻44构成第二分压电路。FET 32的栅极动作电压是15V，比外部设备的动作电压(24V)还低。设定第二分压电路使得提供给栅极的电压成为栅极动作电压。

晶体管61的基极经由电阻62连接在晶体管71的集电极上。晶体管71的发射极接地。晶体管71的基极经由电阻72连接在控制装置10的输出端口10b上。晶体管71的基极和发射极经由电阻73进行连接。

端子座80具备多个端口。第一输出端子21和第二输出端子22位于各端口。也可以在第一输出端子21和第二输出端子22之间连接二极管。电流从第二输出端子22向第一输出端子21通过二极管，二极管吸收过电流。

DIP开关81选择源型输出对应模式或者漏型输出对应模式。源型输出对应模式是指能够从第一输出端子21向外部设备输出高电位的“H”信号的状态。漏型输出对应模式是指能够从第二输出端子22向外部设备输出低电位的“L”信号的状态。如图2的A所示，在操作者将DIP开关81设为接通的情况下，输出电路1成为源型输出对应模式。在将DIP开关81设为断开的情况下，输出电路1成为漏型输出对应模式。

在源型输出对应模式的情况下，控制装置10从输出端口10b向电阻72始终输出“H”信号。“H”信号经由电阻72输入到晶体管71的基极，使基极导通。输出端口10b输出3.3V的电压信号。

由于晶体管71导通而电阻62接地。晶体管61的基极经由电阻62被下拉为0V，晶体管61导通。由于晶体管61导通，以电阻44和电阻43对电源92的电压进行分压。“H”信号输入到FET 32的栅极。第二输出端子22接地。从第二输出端子22始终输出低电平的“L”信号(0V的信号)。第二输出端子22成为提供0V的端子(接地)(参照图2的B)。“L”信号经由转换电路82从第二输出端子22输入到控制装置10的输入端口10c。

在从输出端口10a输出“H”信号到电阻52的情况下，“H”信号经由电阻52输入到晶体管51的基极。晶体管51导通。输出端口10a输出3.3V的电压信号。

由于晶体管51导通而电阻42接地。FET 31的栅极经由电阻42被下拉，FET 31导通。由于FET 31导通，第一输出端子21与电源91连接。24V的“H”信号从第一输出端子21输出。

在从输出端口10a输出“L”信号到电阻52的情况下，“L”信号经由电阻52输入到晶体管51的基极。晶体管51截止。电阻42的接地由于晶体管51的截止而解除。FET 31的栅极经由电阻41被上拉为24V(电源91的电位)，使FET 31截止。第一输出端子21成为高阻抗状态。控制装置10进行使FET 31导通/截止的控制。第一输出端子21成为输出“H”信号的源型输出端子。

在漏型输出对应模式的情况下，控制装置10从输出端口10a向电阻52始终输出“H”信号。控制装置10从输出端口10a使FET31导通，将第一输出端子21连接在电源91上。从第一输出端子21始终输出“H”信号，第一输出端子21成为提供24V的端子(参照图2的B)。

控制装置10从输出端口10b使FET 32导通，将第二输出端子22接地，从第二输出端子22输出“L”信号。控制装置10从输出端口10b向电阻72输出“L”信号，使晶体管71截止。

电阻62的接地由于晶体管71的截止而解除。晶体管61的基极经由电阻63被上拉，使晶体管61截止。解除电源92和电阻44的连接，FET 32的栅极经由电阻43被下拉为0V。FET 32截止。第二输出端子22成为高阻抗状态。控制装置10进行使FET 32导通/截止的控制。第二输出端子22成为输出“L”信号的漏型输出端子。

在源型输出对应模式中FET 32是导通的。第二输出端子22经由FET 32和保险丝35而接地。“L”信号从第二输出端子22输入到输入端口10c。如图3所示，在操作者错误地将外部电源5连接到第二输出端子22的情况下，大电流从第二输出端子22流向FET 32和保险丝35(参照图3的白框箭头)。保险丝35以与FET32的额定电流相比充分小的电流切断。在比额定电流还大的电流从第二输出端子22流过FET 32的情况下，保险丝35立即切断。FET 32不会破损。

第二输出端子22的电位因保险丝35的切断而上升。“H”信号经由转换电路82从第二输出端子22输入到输入端口10c。在从第二输出端子22输入了“H”信号的情况下，控制装置10检测出保险丝35的切断(在FET 32中流过了过剩电流)。在检测到保险丝35的切断的情况下，控制装置10驱动灯或者蜂鸣器等报告装置，促使操作者更换保险丝35。转换电路82将从第二输出端子22输入的外部电源5的电压转换为3.3V信号(电压)。

在漏型输出对应模式中，在将第一输出端子21接地的情况下，在FET 31中流过大电流。电源91保护FET 31免受过剩电流的影响。例如电源91具备IPD(Intelligent Power Device：智能功率器件)。在FET 31中流过了比额定电流还大的电流的情况下，电源91立即切断对FET 31的电流供给。

在利用DIP开关81选择了源型输出对应模式的情况下，输出电路使第二开关元件32导通，利用对第一开关元件31的导通/截止的控制来控制向外部设备的输出。在将外部电源错误地连接到第二输出端子22的情况下，大电流流过第二开关元件32，保险丝35立即切断。因此，第二开关元件32不会破损。输出电路1不进行基板更换就能够切换为源型输出对应模式或者漏型输出对应模式。将控制装置10的输出电压转换为外部设备的动作电压。

保险丝35也可以固定在基板上。在这种情况下，保险丝35的更换通过更换基板来进行。控制装置10和外部设备的动作电压不限于3.3V系或者24V系。只要恰当地改变控制装置10和外部设备的动作电压即可。也可以代替DIP开关81而使用按钮式开关、拨动式开关等开关来选择源型输出对应模式或者漏型输出对应模式。另外，也可以代替以FET或者晶体管为开关元件而使用IGBT(Insulated Gate Bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)等其它开关元件。

(实施方式2)

图4的输出装置100具备输出电路1(一个输出电路)和输出电路2(其它输出电路)。输出电路2具备：控制装置10、第三输出端子23、第四输出端子24、端子座83、DIP开关81(选择部或者选择装置)。外部设备与第三输出端子23和第四输出端子24连接。外部设备以24V系的信号来进行驱动。

控制装置10具备输出端口10d、10e，根据DIP开关81的选择来控制后述的FET。

第三输出端子23连接在p型的MOSFET 33(第五开关元件，下面称作FET 33)的漏极上。FET 33的源极连接在24V的电源93上。FET 33的栅极经由电阻141连接在电源93上，经由电阻142连接在NPN型的晶体管151的集电极上。电源93保护FET 33免受过剩电流的影响。晶体管151的发射极接地。晶体管151的基极经由电阻152连接在控制装置10的输出端口10d上。晶体管151的基极和发射极经由电阻153进行连接。

第四输出端子24连接在n型的MOSFET 34(第六开关元件，下面称作FET 34)的漏极上。FET 34的源极经由输出电路1的保险丝35接地且经由转换电路82连接在输入端口10c上。FET 34的栅极经由电阻143连接在保险丝35上。FET 34的栅极经由电阻144连接在PNP型的晶体管161的集电极上。

晶体管161的发射极连接在24V的电源94上。晶体管161的基极和发射极经由电阻163进行连接。晶体管161的基极经由电阻162连接在NPN型晶体管171的集电极上。晶体管171的发射极接地。晶体管171的基极经由电阻172连接在输出端口10e上。晶体管171的基极和发射极经由电阻173进行连接。

端子座83具备多个端口。第三输出端子23和第四输出端子24位于各端口。也可以在第三输出端子23和第四输出端子24之间连接二极管。电流从第四输出端子24向第三输出端子23通过二极管，二极管吸收过电流。

DIP开关81选择源型输出对应模式或者漏型输出对应模式。在选择了源型输出对应模式的情况下，高电平的“H”信号经由第三输出端子23从控制装置10输出到外部设备。在选择了漏型输出对应模式的情况下，低电平的“L”信号经由第四输出端子24从控制装置10输出到外部设备。

基于DIP开关81的选择的输出电路2的驱动与实施方式1相同，省略详细的说明。

在利用DIP开关81选择了源型输出对应模式而将外部电源错误地连接到第二输出端子22或者第四输出端子24的情况下，保险丝35切断。在保险丝35切断前，“L”信号从第二输出端子22或者第四输出端子24输入到输入端口10c。在保险丝35切断后，“H”信号经由转换电路82从第二输出端子22或者第四输出端子24输入到输入端口10c。在从第二输出端子22或者第四输出端子24输入了“H”信号的情况下，控制装置10检测出保险丝35的切断(在FET 32或者FET 34中流过了过剩电流)。

FET 34的源极经由输出电路1的保险丝35接地，因此输出装置100只具备一个保险丝。在FET 32或者FET 34中流过了过剩电流的情况下，保险丝35切断。由一个保险丝35来保护FET 32和FET 34。控制装置10监视第二输出端子22和第四输出端子24的信号，检测在FET 32或者FET 34中是否流过了过剩电流。

输出装置100也可以具备多个输出电路2。在这种情况下，各输出电路2的FET 34的源极经由保险丝35接地。

Claims (6)

1.一种输出电路，从源型的第一输出端子或者漏型的第二输出端子输出信号，该输出电路的特征在于，具备：

选择部，其选择上述第一输出端子或者上述第二输出端子；

第一开关元件，其连接在上述第一输出端子和电源部之间；以及

第二开关元件和保险丝，该第二开关元件和保险丝串联连接在上述第二输出端子和接地部之间，

其中，在由上述选择部选择了上述第一输出端子的情况下，使上述第二开关元件接通，在选择了上述第二输出端子的情况下，使上述第一开关元件接通。

2.根据权利要求1所述的输出电路，其特征在于，

在电源部和接地部之间串联连接有第一分压电路和第三开关元件，该第三开关元件对该第一分压电路与接地部的连接进行控制，

在电源部和接地部之间串联连接有第二分压电路和第四开关元件，该第四开关元件对该第二分压电路与电源部的连接进行控制，

根据在上述第三开关元件的控制下产生的上述第一分压电路的输出来使上述第一开关元件接通，根据在上述第四开关元件的控制下产生的上述第二分压电路的输出来使上述第二开关元件接通。

3.根据权利要求1或者2所述的输出电路，其特征在于，

还具备控制装置，该控制装置具有用于输入从上述第二输出端子输出的信号的端口且控制上述第一开关元件和上述第二开关元件的动作，

上述控制装置根据从上述端口输入的信号来检测上述保险丝的切断。

4.根据权利要求1或者2所述的输出电路，其特征在于，

能够更换上述保险丝。

5.根据权利要求1或者2所述的输出电路，其特征在于，

上述第一开关元件和上述第二开关元件是FET。

6.一种输出装置，其特征在于，

具备一个根据权利要求1～5中的任一项所述的输出电路和其它输出电路，

其中，其它输出电路具备：

源型的第三输出端子；

漏型的第四输出端子；

选择装置，其选择该第三输出端子或者该第四输出端子；

第五开关元件，其连接在上述第三输出端子和电源部之间；以及

第六开关元件，其连接在上述第四输出端子和上述保险丝之间，

在由上述选择装置选择了上述第三输出端子的情况下，使上述第五开关元件接通，在选择了上述第四输出端子的情况下，使上述第六开关元件接通。