CN108809293A - 一种电压自适应数字量输入电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电压自适应数字量输入电路。所述电路包括：输入保护电路，对输入数字量进行保护；恒流恒压电路，产生恒定的电流和电压，钳位所述输入数字量使之具有恒定电压；功耗电路，消耗所述输入数字量恒定电压之外的能量；状态指示电路，指示所述输入数字量的输入状态；光耦隔离电路，对所述输入数字量进行隔离后得到输出数字量。本发明实施例提供的电压自适应数字量输入电路，具有输入电压自适应、输入电压范围广、反接保护、浪涌冲击保护、隔离保护、稳定性强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及数字量输入处理技术领域，具体涉及一种电压自适应数字量输入电路。
背景技术
数字量输入是仪器仪表、工业控制领域中一个非常重要的组成部分。在这些领域中具有数字量输入电压动态范围大、现场电磁环境复杂、干扰因素多、浪涌冲击强等特点。
发明人发现，目前的数字量输入电路，大多数是采用继电器、光耦、达林顿管等器件加电阻的实现方式，电路的抗浪涌冲击能力差，不能够满足宽输入电压范围的要求，在现场实际使用时往往需要配备各种不同输入电压范围的数字量输入板卡来匹配不同的输入电压。由此产生了产品种类繁多、易损毁、成本高、使用不方便、维护麻烦等问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电压自适应数字量输入电路，以解决数字量输入电路抗浪涌冲击能力差，不能够满足宽输入电压范围的要求，以及产品种类繁多、易损毁、成本高、使用不方便、维护麻烦等问题。
本发明实施例提供了一种电压自适应数字量输入电路，包括：
输入保护电路，对输入数字量进行保护；
恒流恒压电路，产生恒定的电流和电压，钳位所述输入数字量使之具有恒定电压；
功耗电路，消耗所述输入数字量恒定电压之外的能量；
状态指示电路，指示所述输入数字量的输入状态；
光耦隔离电路，对所述输入数字量进行隔离后得到输出数字量。
进一步地，所述输入保护电路包括双向TVS管T1、二极管D1，其中，
所述双向TVS管T1的一端连接所述输入数字量的正输入端，所述双向TVS管T1的另一端和所述二极管D1的阴极连接所述输入数字量的负输入端。
进一步地，所述恒流恒压电路包括PNP晶体管Q2、电阻R4，其中，
所述PNP晶体管Q2的基极连接到所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接所述PNP晶体管Q2的发射极和所述二极管D1的阳极。
进一步地，所述功耗电路包括PNP晶体管Q1、电阻R3，其中，
所述电阻R3的一端连接到所述输入数字量的正输入端，所述电阻R3的另一端连接到所述PNP晶体管Q1的基极和所述PNP晶体管Q2的集电极，所述PNP晶体管Q1的发射极连接所述PNP晶体管Q2的基极。
进一步地，所述状态指示电路包括LED灯、电阻R2，其中，
所述LED灯的阳极和所述电阻R2的一端一起连接到所述输入数字量的正输入端，所述LED灯的阴极连接到所述PNP晶体管Q1的集电极。
进一步地，有所述输入数字量输入时，所述LED灯亮；没有所述输入数字量输入时，所述LED灯灭。
进一步地，通过改变所述电阻R2的大小可以调节LED灯的亮度。
进一步地，所述光耦隔离电路包括光耦U1、电阻R1，其中：
所述光耦U1的输入部分的正极连接所述电阻R2的另一端，所述光耦U1输入部分的负极连接到所述LED灯的阴极和所述PNP晶体管Q1的集电极，所述光耦U1的输出部分的集电极通过所述电阻R1连接一正电源，所述光耦U1的输出部分的发射极连接到电源地。
进一步地，所述输出数字量的一端连接所述光耦U1的输出部分的集电极，所述输出数字量的另一端连接所述电源地。
进一步地，有所述输入数字量输入时，所述输出数字量为低电平；没有所述输入数字量输入时，所述输出数字量为高电平。
本发明的实施例提供的电压自适应数字量输入电路，具有输入电压自适应、输入电压范围广、反接保护、浪涌冲击保护、隔离保护、稳定性强等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种电压自适应数字量输入电路组成示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明一实施例提供的一种电压自适应数字量输入电路组成示意图，该电路包括输入保护电路1、恒流恒压电路2、功耗电路3、状态指示电路4、光耦隔离电路5。
输入保护电路1对输入数字量进行保护。恒流恒压电路2产生恒定的电流和电压，钳位输入数字量使之具有恒定电压。功耗电路3消耗输入数字量恒定电压之外的能量。状态指示电路4指示输入数字量的输入状态。光耦隔离电路5对输入数字量进行隔离后得到输出数字量。
输入保护电路1具有抗浪涌冲击、防止电路反接等保护功能。输入保护电路1包括双向TVS管T1、二极管D1。双向TVS管T1的一端连接输入数字量的正输入端，双向TVS管T1的另一端和二极管D1的阴极连接输入数字量的负输入端。
恒流恒压电路2可以始终产生一个恒定的电流和电压以适应宽范围的数字量输入电压。恒流恒压电路2包括PNP晶体管Q2、电阻R4。PNP晶体管Q2的基极连接到电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接PNP晶体管Q2的发射极和二极管D1的阳极。
功耗电路3是为了消耗输入的数字量电压其余部分的能量。功耗电路3包括PNP晶体管Q1、电阻R3。电阻R3的一端连接到输入数字量的正输入端，电阻R3的另一端连接到PNP晶体管Q1的基极和PNP晶体管Q2的集电极，PNP晶体管Q1的发射极连接PNP晶体管Q2的基极。
状态指示电路4是为了对数字量输入状态进行指示。状态指示电路4包括LED灯、电阻R2。LED灯的阳极和电阻R2的一端一起连接到输入数字量的正输入端，LED灯的阴极连接到PNP晶体管Q1的集电极。有所述输入数字量输入时，所述LED灯亮；没有所述输入数字量输入时，所述LED灯灭。通过改变所述电阻R2的大小可以调节LED灯的亮度。
光耦隔离电路5是为了把外部的数字量输入和***隔离开，防止外部干扰通过数字量输入途径对***造成影响，以提高***的抗干扰能力和稳定性。光耦隔离电路5包括光耦U1、电阻R1。光耦U1的输入部分的正极连接电阻R2的另一端，光耦U1输入部分的负极连接到LED灯的阴极和PNP晶体管Q1的集电极，光耦U1的输出部分的集电极通过电阻R1连接一正电源，光耦U1的输出部分的发射极连接到电源地。
输出数字量的一端连接光耦U1的输出部分的集电极，输出数字量的另一端连接电源地。有输入数字量输入时，输出数字量为低电平；没有输入数字量输入时，输出数字量为高电平。
电路工作原理描述如下。
在输入保护电路1中，通过双向TVS管T1实现了电路的浪涌冲击保护，当电路受到浪涌冲击时，双向TVS管T1会把很高的浪涌冲击电压钳位到一个安全的电压值，防止后级电路过压损毁。二极管D1实现了反接保护，当电路接反后二极管D1将截止，外部数字量输入电流将不会流过电路，保证了电路的安全性。
在状态指示电路4中，当有一个外部数字量输入电压接入电路时，在电阻R2和光耦U1的输入端负极之间将产生一个恒定大小的电压，这个电压会使LED灯点亮，以指示外部数字量输入状态，可以通过改变电阻R2的大小来改变这个电压的大小。
整个电路的核心部分是恒流恒压电路2和功耗电路3，由PNP型晶体管Q1、Q2和电阻R3、R4构成了这部分电路。当有一个外部数字量输入电压接入电路时，晶体管Q1基极和发射极之间将会产生一个大约0.7V的恒定电压，晶体管Q2的基极和发射极之间也产生一个大约0.7V的恒定电压,二极管D1导通后会产生一个大约0.7V的恒定压降，这样通过Q1、Q2、D1相互之间的钳位作用，在晶体管Q2的发射极电压恒定为大约0.7V，在晶体管Q2的基极和Q1的发射极电压恒定为大约1.4V，在Q2的集电极和Q1的基极电压恒定为大约2.1V。同时，晶体管Q2基极和发射极之间产生的恒定电压作用在电阻R4上会产生一个恒定的电流，这样Q1的发射极电流IE大小恒定，则集电极电流IC的大小也恒定，也即是流过电阻R2、光耦U1输入端的电流恒定，所以在R2和光耦U1的输入端负极之间将产生一个恒定大小的电压。输入电压其余部分能量则通过电阻R3和晶体管Q1消耗掉。
在光耦隔离电路5中，当有数字量输入电压接入电路时光耦U1将会导通，数字量输出变为低电平。当无数字量输入电压接入电路时光耦U1将会断开，数字量输出变为高电平。这样通过光耦把输出数字量和输入数字量隔离开，具体地说是把输入数字量和以输出数字量为输入的***隔离开，防止了外部干扰通过数字量输入途径对***造成影响，提高了***的抗干扰能力和稳定性。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
Claims (10)
1.一种电压自适应数字量输入电路，包括：
输入保护电路，对输入数字量进行保护；
恒流恒压电路，产生恒定的电流和电压，钳位所述输入数字量使之具有恒定电压；
功耗电路，消耗所述输入数字量恒定电压之外的能量；
状态指示电路，指示所述输入数字量的输入状态；
光耦隔离电路，对所述输入数字量进行隔离后得到输出数字量。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入保护电路包括双向TVS管T1、二极管D1，其中，
所述双向TVS管T1的一端连接所述输入数字量的正输入端，所述双向TVS管T1的另一端和所述二极管D1的阴极连接所述输入数字量的负输入端。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述恒流恒压电路包括PNP晶体管Q2、电阻R4，其中，
所述PNP晶体管Q2的基极连接到所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接所述PNP晶体管Q2的发射极和所述二极管D1的阳极。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述功耗电路包括PNP晶体管Q1、电阻R3，其中，
所述电阻R3的一端连接到所述输入数字量的正输入端，所述电阻R3的另一端连接到所述PNP晶体管Q1的基极和所述PNP晶体管Q2的集电极，所述PNP晶体管Q1的发射极连接所述PNP晶体管Q2的基极。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述状态指示电路包括LED灯、电阻R2，其中，
所述LED灯的阳极和所述电阻R2的一端一起连接到所述输入数字量的正输入端，所述LED灯的阴极连接到所述PNP晶体管Q1的集电极。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，有所述输入数字量输入时，所述LED灯亮；没有所述输入数字量输入时，所述LED灯灭。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，通过改变所述电阻R2的大小可以调节LED灯的亮度。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光耦U1、电阻R1，其中：
所述光耦U1的输入部分的正极连接所述电阻R2的另一端，所述光耦U1输入部分的负极连接到所述LED灯的阴极和所述PNP晶体管Q1的集电极，所述光耦U1的输出部分的集电极通过所述电阻R1连接一正电源，所述光耦U1的输出部分的发射极连接到电源地。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述输出数字量的一端连接所述光耦U1的输出部分的集电极，所述输出数字量的另一端连接所述电源地。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，有所述输入数字量输入时，所述输出数字量为低电平；没有所述输入数字量输入时，所述输出数字量为高电平。
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