CN108288846B - 一种光耦输入保护电路及其保护方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种光耦输入保护电路及其保护方法，包括信号输入单元，输入保护电路和光电耦合器，信号输入单元依次与输入保护电路、光电耦合器连接；信号输入单元的IN端口分别与光电耦合器连接，光电耦合输入回路中，有二极管对反向高压进行截止；信号输入单元的COM端口和内部电路之间串联自恢复保险丝；信号输入单元的IN端口分别通过二极管和内部公共端COM1相连。光耦输入保护电路对用户现场在信号输入单元误接有源高压(AC/DC)的工况，实现对控制板本身的保护和异常信号撤销后的电路功能自恢复，有效减少由于现场接线错误引起的控制板损坏，以及由此带来的时间和经济的损失。

Description

一种光耦输入保护电路及其保护方法
技术领域
本申请涉及一种电路技术领域，具体地说，涉及一种光耦输入保护电路及其保护方法。
背景技术
目前常见的输入信号检测电路中，通常通过光电耦合器隔离后再传入内部电路，这样在实现对高频干扰信号的过滤作用的同时，实现不同电气模块之间的电气隔离。但是这样的电路依然存在一个问题：如果现场需要人工接线，同时存在有源/无源，低压/高压的不同接入信号时，对于无源或低压的光耦输入检测信号输入，一旦误接入高压信号后，后面的光电耦合器以及电阻就会被击穿烧掉，这样很可能需要更换新的控制器，使得整个过程费时费力，非常麻烦，尤其是上述电路应用在类似电梯等工业领域，涉及到人身安全问题时，电路对异常工况的保护就显得尤为重要。
针对上述问题，希望提出一种具有异常信号自我保护和异常信号撤销自恢复，以及保护动作检测功能的光耦输入保护电路及其保护方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种光耦输入保护电路及其保护方法。
一种光耦输入保护电路，包括信号输入单元，输入保护电路和光电耦合器，信号输入单元依次与输入保护电路、光电耦合器连接；
信号输入单元的IN端口分别与光电耦合器连接，光电耦合输入回路中，有二极管对反向高压进行截止；
信号输入单元的COM端口和内部电路之间串联自恢复保险丝；
信号输入单元的IN端口分别通过二极管和内部COM1相连；
进一步地，还包括一保护动作检测电路，保护动作检测电路包括光电耦合器、反向二极管和限流电阻；
进一步地，信号输入单元是无源信号输入；
进一步地，信号输入单元包括若干个信号输入端口以及一个输入公共端接口；
进一步地，信号输入单元的IN端口与光电耦合输入回路中的二极管的极性方向分别始终和光电耦合器的输入端极性方向一致；
进一步地，信号输入单元的IN端口分别通过一正向的二极管和内部公共端COM1相连。
进一步地，信号输入单元的IN端口分别通过一反向的二极管和内部公共端COM1相连。
利用如权利要求1所述光耦输入保护电路的保护方法，包括：
当信号输入单元的IN端口的任意两端口之间存在高压时，由于回路中有对高压进行截止的反向保护的二极管，此时，整个电路回路不导通，对应的光电耦合器没有大电流经过，保证了光电耦合器不会被烧掉；
当信号输入单元的COM端口和信号输入单元IN端口之间存在高压时：回路中有对高压进行截止并反向保护的二极管，此时，整个电路回路不导通，对应的光电耦合器没有大电流经过，保证了光电耦合器不会被烧掉；或是，电压通过二极管旁路导通，形成短路回路，自恢复保险丝断掉，与IN端口连接的光电耦合器没有大电流经过，保证了光电耦合器不会被烧掉；
进一步地，还包括一保护动作检测电路，一旦自恢复保险丝熔断，信号输入单元的COM端口到COM1的连接断开，保护动作检测电路的光电耦合器不导通，在保护动作检测电路的光电耦合器输出端检测到输出信号跳变，提示当前自恢复保险丝发生熔断；
进一步地，当输入端施加的电压消失后一段时间，自恢复保险丝能自动恢复低阻状态；
进一步地，光耦输入保护电路的二极管和自恢复保险丝均为耐高压。
与现有技术相比，本申请一方面避免了当误接高压信号到信号输入端，使光电耦合器被烧掉导致电路故障所造成的维修费时费力问题；另一方面，由于接入了保护动作检测电路，当信号输入单元的COM端口与任一IN端口之间有非正常的反向电压时，电流通过自恢复保险丝和旁路二极管直接在COM和对应的IN端口间形成回路，自恢复保险丝通过超额定电流后产生自熔断(高阻)，进而保护了光电耦合器以及其他内部电路，同时，通过保护动作检测电路中光电耦合器的导通与否，可以提示当前自恢复保险丝是否发生断开；最后，自恢复保险丝具有可自动复原的性能，可减少产品的返修和服务的次数，从而降低了成本。
当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
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限定。在附图中：
图1是现有常见的光耦输入检测电路。
图2是本申请改进后的带保护功能的光耦输入检测电路一。
图3是本申请改进后的带保护功能的光耦输入检测电路二。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
如图1所示，现有常用的光耦输入检测电路，输入信号通过光电耦合器隔离后再传入内部电路，在实现对高频干扰信号的过滤作用的同时，实现不同电气模块之间的电气隔离。但是这样的电路依然存在问题：一旦介入高压信号后，后面的光电耦合器以及电阻就可能会击穿烧掉，这样需要立即更换新的控制器，使得整个过程比较麻烦，而且费时费力。
如图2所示，本申请改进的带保护功能的光耦输入检测电路一，包括信号输入单元，输入保护电路和若干个光电耦合器。
信号输入单元包括若干个IN端口和一个COM端口(公共端口)。信号输入单元一般是无源信号，比如继电器输出触点之类等。如图2所示，正常工作时，当信号输入单元的IN端口(IN1～IN4)和COM端口(公共端口)短接时，此时，与对应IN端口连接的光电耦合器输入端导通，这时该光电耦合器输出端为低电平“0”，当信号输入单元的IN端口(IN1～IN4)和COM端口(公共端口)断开时，此时，与对应IN端口连接的光电耦合器输入端不导通，这时该光电耦合器输出端为高电平“1”。
由于光电耦合器输入端的发光源多为发光二极管，它的导通电流和反向击穿电压一般都较小，在使用时，如果有误接入高压信号，容易造成光电耦合器的烧毁。
输入保护电路：通过在信号输入单元的IN端口(IN1～IN4)分别通过一个反向耐高压二极管(D1～D4)与一个光电耦合器的阴极输入端连接，这样做的目的是为了防止高压信号通过IN端口接入光电耦合器的阴极输入，引起光电耦合器输入端的反向高压击穿；信号输入单元的COM端口和内部公共端COM1之间串联一个自恢复保险丝，当流经公共端的电流大于保险丝的保护值时，通过保险熔断，自动断开公共端，保护后续电路；内部公共端COM1和信号输入单元的IN端口分别通过一正向的二极管(D11～D14)相连。当高压信号接入公共端COM，经过自恢复保险丝，通过旁路的二极管(D11～D14)直接回到IN端口，产生的大短路电流直接将自恢复保险电路熔断(高阻)，保护后续电路。
当外部异常信号撤销后，自恢复保险电路能够自动恢复(低阻)，保证电路的正常工作。
进一步地，该改进电路还包括自恢复保险的保护动作检测电路，其包括一光电耦合器、一反向二极管(D5)和限流电阻，信号输入单元的COM端口通过一个反向二极管(反向电压截止)与光电耦合器的阴极输入端连接；光电耦合器的阳极输入端通过限流电阻连接内部电源VDD；当自恢复保险没有动作时，保护动作检测电路中的光电耦合器能够导通，这时该光电耦合器输出端为低电平“0”，当自恢复保险动作时，由于回路断开，保护动作检测电路中的光电耦合器不能够导通，这时该光电耦合器输出端为高电平“1”。
控制器可以通过对保护动作检测电路的光电耦合器输出信号的检测，来判断保护动作检测电路是否动作，并给用户相关的提示。
下面结合实施例具体说明：
如图2所示，实施例一：当前IN端口任意两个端口之间为高压时，例如，当VIN1＝220V,VIN2＝0V时，由于与IN1端口连接的二极管(D1)的反向电压截止作用，使得整个电路不能形成回路，此时，分别与IN1端口和IN2端口连接的光电耦合器并未受到此高压输入的影响，使其受到保护不会被烧掉。
如图2所示，实施例二：当前有IN端口为高电压，COM端口为低电压时，例如，当VIN1＝220V,VCOM＝0V时，由于与IN1端口连接的二极管(D1)的反向电压截止作用，使得整个电路不能形成回路，对应的光电耦合器不被高压击穿烧掉。
如图2所示，实施例三：当前COM端口为高电压，有IN端口为低电压时，例如，当VIN1＝0V,VCOM＝220V时，此时，与低电压的IN端口连接的二极管(D11)旁路导通，形成短路回路，自恢复保险丝(L1)熔断，与IN端口连接的光电耦合器没有大电流经过，保证了所述光电耦合器不会被烧掉。保护动作检测电路的光耦输入端由于自恢复保险的高阻状态，由原来的导通状态切换为不能导通状态，在保护动作检测电路的光电耦合器输出端检测到输出信号跳变，提示当前自恢复保险丝发生熔断，控制板根据这个检测光耦的状态变化可以检测到自恢复保险的动作。
如图3所示，是本申请改进的带保护功能的光耦输入检测电路二，包括信号输入单元，输入保护电路和若干个光电耦合器。与图2的电路相比，还有以下主要区别：
电流流向：图2的公共端通过自恢复保险接内部电源的GND，正常工作时，外部信号电流流向是从IN端到COM端；而图3的公共端通过自恢复保险接内部电源的VDD，正常工作时，外部信号电流流向是从COM端到IN端。
旁路电路：图2内部公共端COM1和信号输入单元的IN端口分别通过一正向的二极管(D11～D14)相连，用于旁路COM端高压的异常工况；而图3内部公共端COM1和信号输入单元的IN端口分别通过一反向的二极管(D11～D14)相连，用于旁路IN端高压的异常工况。
输入信号光耦回路：图2信号输入单元的IN端口先连接反向保护二极管后再和光电耦合器的阴极连接；图3信号输入单元的IN端口先和光电耦合器的阳极连接，光电耦合器的阴极再连接反向保护二极管；但是以上2种电路的输入信号光耦回路中的反向保护二极管的极性方向都和光电耦合器的输入端极性方向一致。在具体实施时图2的反向保护二极管在输入信号光耦回路中的连接位置同样可以适用于图3。
如图3所示，实施例四：当前IN端口任意两个端口之间为高压时，例如，当VIN1＝220V,VIN2＝0V时，由于与IN2端口连接的二极管(D2)的反向电压截止作用，使得整个电路不能形成回路，此时，分别与IN1端口和IN2端口连接的光电耦合器并未受到此高压输入的影响，使其受到保护不会被烧掉。
如图3所示，实施例五：当前有IN端口为低电压，COM端口为高电压时，例如，当VIN1＝0V,VCOM＝220V时，由于与IN1端口连接的二极管(D1)的反向电压截止作用，使得整个电路不能形成回路，对应的光电耦合器不被高压击穿烧掉。
如图3所示，实施例六：当前COM端口为低电压，有IN端口为高电压时，例如，当VIN1＝220V,VCOM＝0V时，此时，与高电压的IN端口连接的二极管(D11)旁路导通，形成短路回路，自恢复电路中的自恢复保险丝(L1)熔断，与IN端口连接的光电耦合器没有大电流经过，保证了所述光电耦合器不会被烧掉。保护动作检测电路的光耦输入端由于自恢复保险的高阻状态，由原来的导通状态切换为不能导通状态，在保护动作检测电路的光电耦合器输出端检测到输出信号跳变，提示当前自恢复保险丝发生熔断，控制板根据这个检测光耦的状态变化可以检测到自恢复保险的动作。
在具体应用时，用户可以根据实际情况选择更多端口的信号输入单元，并不仅限于本申请中提到的此类型。
所述光耦输入保护电路的二极管和自恢复保险丝均为耐高压。
上述电路设计可以应用在直流电压或交流电压输入保护中。
接入电路的类型可以根据实际情况而定，没有具体限制。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光耦输入保护电路，包括信号输入单元，输入保护电路和光电耦合器，信号输入单元依次与输入保护电路、光电耦合器连接，其特征在于：
信号输入单元是无源信号输入；
信号输入单元的IN端口分别与光电耦合器连接，光电耦合输入回路中，有二极管对反向高压进行截止；
信号输入单元的COM端口和内部电路之间串联自恢复保险丝；
信号输入单元的IN端口分别通过二极管和内部公共端COM1相连。
2.根据权利要求1所述的光耦输入保护电路，其特征在于，还包括一保护动作检测电路，所述保护动作检测电路包括光电耦合器、反向二极管和限流电阻。
3.根据权利要求1～2任一权利要求所述的光耦输入保护电路，其特征在于，所述信号输入单元包括若干个信号输入端口以及一个输入公共端接口。
4.根据权利要求1所述的光耦输入保护电路，其特征在于，所述信号输入单元的IN端口与所述光电耦合输入回路中的二极管的极性方向分别始终和所述光电耦合器的输入端极性方向一致。
5.根据权利要求1所述的光耦输入保护电路，其特征在于，所述信号输入单元的IN端口分别通过一正向的二极管和内部公共端COM1相连。
6.根据权利要求1所述的光耦输入保护电路，其特征在于，所述信号输入单元的IN端口分别通过一反向的二极管和内部公共端COM1相连。
7.利用如权利要求1所述光耦输入保护电路的控制方法，其特征在于：
当信号输入单元的IN端口的任意两端口之间存在高压时，由于回路中有对高压进行截止的反向保护的二极管，此时，整个电路回路不导通，对应的光电耦合器没有大电流经过，保证了所述光电耦合器不会被烧掉；
当信号输入单元的COM端口和信号输入单元的IN端口之间存在高压时：回路中有对高压进行截止并反向保护的二极管，此时，整个电路回路不导通，对应的光电耦合器没有大电流经过，保证了所述光电耦合器不会被烧掉；或是电压通过二极管旁路导通，形成短路回路，自恢复保险丝断掉，与IN端口连接的光电耦合器没有大电流经过，保证了所述光电耦合器不会被烧掉。
8.根据如权利要求7所述的光耦输入保护电路的控制方法，其特征在于：一旦自恢复保险丝熔断，所述保护动作检测电路的COM端口到内部公共端COM1的连接断开，所述保护动作检测电路的光电耦合器不导通，在所述保护动作检测电路的光电耦合器输出端检测到输出信号跳变，提示当前所述自恢复保险丝发生熔断。
9.根据权利要求7所述的光耦输入保护电路的控制方法，其特征在于：当输入端施加的电压消失后一段时间，所述自恢复保险丝能自动恢复低阻状态。
10.根据权利要求7所述的光耦输入保护电路的控制方法，其特征在于：所述光耦输入保护电路的二极管和自恢复保险丝均为耐高压。
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