专利名称：多路高速脉冲输出电路的过载保护及掉电检测的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业控制系统中的单路及多通道数字量脉冲输出装 置，具体指的是能对工业控制系统中的单路及多通道数字量脉沖输出电路的负载电流及输出侧24V供电电源状态进行实时检测并能在过载及掉电时停止 输出，实现对输出电路的保护。
背景技术：
在工业控制系统晶体管脉沖输出模块中，晶体管常被用于接口电路驱动 负载，但当负载电流超过晶体管的额定参数时或者负载对电源短路时，输出 晶体管会因电流过大而损坏从而引起产品故障，为了避免此类故障的发生， 用户不得不在负载回路中串联一个适当电流的保险丝保护输出电路。图1示出了现有技术的多通道数字量脉冲输出的典型电路结构。在图l中，脉冲的输出接到一负载上，通过保险接至24V电源，当输出 端负载过流或发生短路故障时，流过输出晶体管的电流会迅速增大，当超过 外部保险丝的额定值时，保险丝熔断，从而保护晶体管不被损坏。根据上述图1可知，现有技术的电路存在如下缺点每路输出都得增加 一个保险丝，应用成本高，若保险被焊接到印制板上，维修成本更高。负载 过流或短路无反馈，CPU不能探测到此故障。图2示出了图1中的负载电路图。如图2所示，负载1至负载N的电路 结构相同。图2的整个电路结构就是代表负载的内部电路。实用新型内容本实用新型的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可 从描述中明显地看出，或者可以在本实用新型的实践中得到。针对现有技术电路中的上述问题，提出本实用新型。本实用新型能在2004KHz频率输出的情况下实现过载和短路保护及输出侧电源掉电检测的功能。它是由脉冲驱动及检测控制两部分电路组成，过载、短路及电源掉电时 该电路能及时切断与外部负载的物理连接而不必外加保险丝。本发明提供一种高速脉冲输出电路的保护电路，包括脉冲输出电路， 在控制器的控制下生成脉冲信号并将脉沖信号输出到负载的第 一端；检测电 路，连接于负载的第二端和第一电源的两端，用于检测负载和第一电源的状 态并输出4企测信号到控制器；和控制器，连接于脉冲输出电路和检测电路， 用于响应于来自检测电路的检测信号而使能或禁止脉冲输出电路的脉冲信号 的输出。根据本实用新型，其电路设计简单，仅需几个电阻器和小信号晶体管即 可实现电源掉电检测和多路信号过载及短路的保护，造价低廉，同时也便于 用户使用。
通过结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，本实用新型的 上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中相同的标号指定相同 结构的单元，并且在其中图1示出了现有技术的多通道数字量脉沖输出的典型电路结构；图2示出了图1中的负载电路图；图3示出了本实用新型示例性实施例的多通道数字量脉冲输出的电路图。
具体实施方式
下面将参照示出本实用新型实施例的附图充分描述本实用新型。然而， 本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施 例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术 人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。图3示出了本实用新型示例性实施例的多通道数字量脉冲输出的电路图。如图3所示，本发明的多通道数字量脉沖输出电路包括脉冲输出电路110,在控制器的控制下生成脉冲信号并将脉冲信号输出到负载的第一端；检 测电路130,连接于负载的第二端和第一电源的两端，用于^r测负载和第一 电源的状态并输出检测信号到控制器；和控制器120，连接于脉沖输出电路 和检测电路，用于响应于来自检测电路的检测信号而使能或禁止脉冲输出电 路的脉冲信号的输出。如图3所示，检测电路130进一步包括电源检测电路131，用于检测电 源的掉电。下面将结合具体电路结构进行说明。
脉冲输出的实现脉冲输出电路110包括频率发生器、光耦1和M0SFETT1。频率发生 器经光耦1通过MOSFET将脉冲信号输出到负载1。频率发生器由一片CPLD组成，它首先接收由控制器120输出的脉沖， 将其进行内部处理以转换为1-200 KHZ的频率脉冲，通过控制器120决定是 否将此脉沖输出至光耦。以通道1为例说明，正常情况下，通道1的输出MOSFETT1未导通， 检测信号即光耦2的输出为1电平，当使能信号为1即有效时，光耦1的驱 动电源内部3.3V被打开，此时只要频率发生器有脉冲输出，高速光耦l即通 过MOSFET输出脉冲至负载1。
过载及短路检测和保护的实现输出电路的最大电流值被限制到lA左右((5V-Vgs)/20hm， Vgs=2.5 ~3V}。检测电路130包括电源检测电路131、电阻器Rl、晶体管T2和光耦2。 电阻器Rl连接于Tl的漏极和地之间。T2的基极和发射极连接于Rl两端， 其集电极与电源检测电路131相连。电源检测电路131的另一端接电源正极。 光耦2的发光二极管两端与T2的发射极和集电极相连，光耦2的输出端连接 于控制器120。控制器120包括处理器和与电路，该处理器例如可以XCEL或专用的 ASIC控制器来实现，频率发生器通过检测XCEL 10管脚的命令XCEL决定 是否将此脉沖输出至频率发生器。本领域技术人员应该理解，本发明的控制 器并不限于此处公开的处理器和与电路，也可以采用其他具有同样功能单片 机来实现。当通道l的输出晶体管Tl导通时，负载电流通过T1及电阻器R1至地,当负载1的阻抗变小或负载短路时，流过Rl的电流II迅速增加，当此电流达到或超过0.35A时，电阻器R1上的电压达到或超过0.7V,晶体管T2导通 变为O电平，将流过光耦2的电流旁路到地，光耦2的输出变为0电平，由 此0电平检测信号被XCEL检测到一次，同时此0电平检测信号又通过与电 路切断光耦l的供电，使输出关断。此举又使检测信号返回到1状态，直至 XCEL再次使能输出脉冲，等待下次过载或短路检测。XCEL检测到四个连续0电平检测信号后，关断所有输出。在XCEL检 测到四个连续0电平检测信号之后，XCEL生成O电平使能标志信号，并通过输 出端①输出该0电平使能标志信号，由此关断所有输出 24V电源掉电的检测如图所示，电阻器R2、 R3、 R4、 R5及晶体管T3组成对24V的电源枱r 测电路131,当24V电源掉电时，流过光耦2的电流减小到0,光耦2的输 出也变为0电平，XCEL 一佥测到此O电平的^f企测信号，重复如前所述过程，4 次之后，XCEL判断IO侧电源掉电(或负载有问题)并以如上过载和短路4企 测相同的方式关断输出。 多路通道输出的检测及保护如图3所示，所有通道的过载或短赠"险测都通过晶体管T2到Tn以集电 极开路的方式连接在一起组成或非电路，任一通道过载或短路都会将光耦2 的IF电流旁路到地，使光耦2输出0电平的检测信号至XCEL,这样所有通 道通过光耦2实现了过载检测及保护。本实用新型的电路设计简单，仅需几个电阻器和小信号晶体管即可实现 电源掉电检测和多路信号过载及短路的保护，造价低廉，同时也便于用户使 用。尽管本实用新型是参照其特定的优选实施例来描述的，但本领域的技术 人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的 情况下，可以对其进行形式和细节的各种修改。
权利要求1.一种高速脉冲输出电路的保护电路，包括脉冲输出电路，在控制器的控制下生成脉冲信号并将脉冲信号输出到负载的第一端；检测电路，连接于负载的第二端和第一电源的两端，用于检测负载和第一电源的状态并输出检测信号到控制器；和控制器，连接于脉冲输出电路和检测电路，用于响应于来自检测电路的检测信号而使能或禁止脉冲输出电路的脉冲信号的输出。
2. 如权利要求1所述的保护电路，其中脉冲输出电路包括 频率发生器，连接于控制器，将控制器输出的脉冲转换成具有预定频率的脉冲信号；第一光耦，连接于频率发生器和控制器，响应于来自控制器的第二检测 信号而通过第一晶体管输出脉冲信号至负载；和第 一 晶体管，具有连接于第 一光耦的栅极和连接于负载第 一端的源极，用于将脉冲信号输出至负载。
3. 如权利要求2所述的保护电路，其中检测电路包括 第一电阻器，连接于第一晶体管的漏极和地；第二晶体管，具有连接于第一电阻器的基极，和连接于地的发射极； 第二光耦，该第二光耦的发光二极管的两端分别连接于第二晶体管的集电极和地，并具有连接于控制器的输出端。
4. 如权利要求3所述的保护电路，当负载的阻抗变小或负载短路时， 第二晶体管导通以将流过第二光耦的电流旁路到地，第二光耦将第 一检测信号输出到控制器。
5. 如权利要求4所述的保护电路，其中所述检测电路还包括电源检测 电路，该电源检测电路包括第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、第五电 阻器和第三晶体管，第二电阻器的第一端连接于负载的第二端，第二电阻器 的第二端连接于第三电阻器的第一端，第三电阻器的第二端连接于第三晶体 管的集电极，第三晶体管的基极通过第五电阻器连接于第二电源，第三晶体 管的发射极通过第四电阻器连接于第二晶体管的集电极和第二光耦之间的节 点。
6. 如权利要求5所述的保护电路，当第一电源掉电时，第二光耦输出 第一检测信号至控制器。
7. 如权利要求6所述的保护电路，所述控制器响应于来自第二光耦的 第一检测信号禁止脉冲输出电路的脉冲信号的输出。
8. 如权利要求7所述的保护电路，所述控制器包括一处理器和一与电 路，所述与电路接收所述处理器输出的使能标志信号和第二光耦输出的检测 信号，该与电路的输出端与第一光耦相连，以导通或截止第一光耦。
9. 如权利要求8所述的保护电路，所述第二光耦输出的检测信号也输 出到所述处理器。
10. 如权利要求9所述的保护电路，当第二光耦输出的第一检测信号截 止第一光耦之后，第一晶体管截止，第二光耦输出的检测信号返回有效状态。
11. 如权利要求10所述的保护电路，当所述处理器检测到来自第二光 耦的四个连续的第一检测信号时，处理器将使能标志信号置0,从而切断所 有脉沖信号的输出。
12. 如权利要求11所述的保护电路，其中所述第一电源为24V,所述 第二电源为5V。
13. 如权利要求12所述的保护电路，其中所述第一^r测信号是具有电 平0的检测信号，所述第二检测信号是具有电平1的检测信号。
14. 如权利要求13所述的保护电路，其中所述第一电阻器为2欧姆。
15. 如权利要求14所述的保护电路，其中所述第一晶体管为金属氧化 物半导体场效应晶体管。
16. 如权利要求15所述的保护电路，所述高速脉沖输出电路可包括多 路输出。
17. 如权利要求16所述的保护电路，所述多路高速脉冲输出电路进一 步包括多个第二晶体管、多个第一晶体管以及多个第一电阻器，多个第二晶 体管以集电极开路的方式连接在一起组成或非电路，并且前一级的第一电阻 器与下一级的第一晶体管的源极相连。
专利摘要本实用新型提供一种高速脉冲输出电路的保护电路，包括脉冲输出电路，在控制器的控制下生成脉冲信号并将脉冲信号输出到负载的第一端；检测电路，连接于负载的第二端和第一电源的两端，用于检测负载和第一电源的状态并输出检测信号到控制器；和控制器，连接于脉冲输出电路和检测电路，用于响应于来自检测电路的检测信号而使能或禁止脉冲输出电路的脉冲信号的输出。
文档编号H02H3/08GK201167229SQ20082000779
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者杰勒德·戈梅兹, 理查德·托尼特, 陈振波 申请人:施耐德电器工业公司