CN103837732B - 无源电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明要提供一种用于输出通道电路具有低至1mA检测限和高至400mA电流容忍的无源电流检测电路，包括固态继电器一端接收控制信号另一端连接第一PNP管的发射极和第二PNP管的发射极，第一PNP管的基极、第二PNP管的基极和第二PNP管的集电极相连作为本电路的输出端，第一PNP管的集电极通过电阻连接光耦器的第一输入端，光耦器的第二输入端接电路电压，光耦器的第一输出端输出电流检测信号，光耦器的第二输出端和第三输出端接地。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种应用于工业控制***和安全信号***中的输出电流检测电路。
背景技术
工业控制***和安全信号***例如：航空电子、铁路信号、核电等行业中，控制器通过开关输出通道来实现对外部受控信号的开启和关闭。为确定端口的真实输出状况和漏电流大小，一般在输出端口设计电流检测电路。为保证检测电路不对输出造成安全影响，一般要求检测电路采用无源设计。
如图1所示，是常见的一种输出通道电路设计，该电路由控制器1、光耦器3、限流电阻6.1和电流采样电阻6.2等组成。当输出通道输出电流使采样电阻6.2两端电压高于阈值时，光耦器3开启，从而达到电流检测的目的。该电路能实现较小的电流检测限，但当通道电流较大时，采样电阻功率、压降都很大，严重影响输出功能。即使在电流采样电阻两端并联齐纳管做电压嵌位，也无法避免电流采样电阻上较大的功耗，不适合大电流的情况使用。另一种常见设计是使用电磁转换器件实现电流检测，但成本高、体积巨大，并不适合多通道、PCB安装的使用情形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于输出通道电路具有低至1mA检测限(低至1mA)和高至400mA电流容忍（高至400mA）的无源电流检测电路。
为解决上述技术问题，本发明的无源输出电流检测电路，包括：固态继电器2一端接收控制信号另一端连接第一PNP管4的发射极和第二PNP管5的发射极，第一PNP管4的基极、第二PNP管5的基极和第二PNP管5的集电极相连作为本电路的输出端A，第一PNP管4的集电极通过电阻6连接光耦器3的第一输入端7，光耦器3的第二输入端8接电路电压VCC，光耦器3的第一输出端9输出电流检测信号，光耦器3的第二输出端10和第三输出端11接地，第一PNP管4和第二PNP管5可以采用器件性能参数完全一致的器件。
本发明的无源输出电流检测电路能够应用于包括但并不局限于安全信号***、工业控制***等领域。根据输出通道设计参数的需要确定第一PNP管4、第二PNP管5、电阻6和光耦器3的器件性能参数。
第二PNP管5在电路中接成“二极管形式”，即将其基极与集电极连接在一起，保证第二PNP管5必然处于导通状态。设置第一PNP管4和第二PNP管5形成匹配良好的对管，第一PNP管4的基极和第二PNP管5的基极相连接，第一PNP管4的发射极和第二PNP管5的发射极相连接，可认为两者基极电流相同，第二PNP管5的发射极和其基极连接。此种连接方式使第一PNP管4的集电极输出具有和第二PNP管5的集电极输出相同的“能力”。
假设从输出通道电路输出电流为I0，第二PNP管5的直流增益为hFE，第二PNP管5的集电极电流为IC，则有：
IO＝IC+IB+IB及IC＝hFE*IB
即：
IO＝IC+2*IB/hFE
由于hFE较大，故IO≈IC，因此得出，第一PNP管4的集电极输出具有和输出通道电路输出相同的“能力“。这样如果存在输出电流，则几乎相同的电流会通过光耦器3及第一PNP管4，产生电流检测信号。
当通道电流较大时，光耦器3的LED侧可能被损坏，放置电阻6起限流作用。假设输出通道电路输出最大电压为Umax，电阻6的阻值为R6，流过光耦器3LED侧的电流IF：
IF≤(UMAX-0.7-UF)/R6
由于第一PNP管4和第二PNP管5处的集电极-发射极压降只有0.7V左右，光耦器3的LED侧电流IF也在uA级别，因此整个检测电路功耗极低，对输出功能基本没有影响。
本发明通过选择不同型号的光耦光耦器3、不同阻值的电阻6，就可以调节电流检测阈值和容忍阈值。检测电路并未引入额外的电源，避免由于器件失效导致电源窜入通道，保证了检测电路不影响安全。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是一种现有输出通道电路。
图2是本发明无源电流检测电路原理示意图。
图3是本发明一实施例的示意图。
附图标记说明
控制器1
固态继电器2
光耦器3
第一PNP管4
第二PNP管5
电阻6
限流电阻6.1
电流采样电阻6.2
光耦器第一输入端7，
光耦器第二输入端8
光耦器第三输入端9
光耦器第四输入端10
光耦器第一输出端11
电路电压VCC
外部电压VDD
电路输出端A
具体实施方式
如图3所示，本发明一实施例，包括：控制器1输出控制信号至固态继电器2一端，另一端连接连接第一PNP管4的发射极和第二PNP管5的发射极，第一PNP管4的基极、第二PNP管5的基极和第二PNP管5的集电极相连作为本电路的输出端A，第一PNP管4的集电极通过电阻6连接光耦器3的第一输入端7，光耦器3的第三输入端9接电路电压VCC，光耦器3的第一输出端11输出电流检测信号，光耦器3的第二输入端10和第四输入端11接地。
本实施例中，固态继电器2采用PVG612AS；第一PNP管4和第二PNP管5BC807-40，光耦器3采用TLP124，电阻6采用7.5KΩ电阻，输出通道额定电压24V。当输出通道打开，负载极小时，输出通道电流极小，流过检测光耦器LED侧的电流也极小，无法使光耦器输出端导通；当电流逐渐变大，由于前述原理，光耦器输出端导通，电流得到检测；当通道电流很大时，由于输出通道电压24V、限流电阻7.5k，则光耦器LED端电流不会大于（24-0.7-1）/7.5k=3mA，并不会损坏光耦。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种无源输出电流检测电路，其特征包括：固态继电器（2）一端接收控制信号另一端连接第一PNP管（4）的发射极和第二PNP管（5）的发射极，第一PNP管（4）的基极、第二PNP管（5）的基极和第二PNP管（5）的集电极相连作为本电路的输出端（A），第一PNP管（4）的集电极通过电阻（6）连接光耦器（3）的第一输入端（7），光耦器（3）的第二输入端（8）接电路电压（VCC），光耦器（3）的第一输出端（9）输出电流检测信号，光耦器（3）的第二输出端（10）和第三输出端（11）接地。
2.如权利要求1所述的无源输出电流检测电路，其特征是：第一PNP管（4）和第二PNP管（5）器件性能参数完全一致。
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| CN103837732A CN103837732A (zh) | 2014-06-04 |
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