开入电路的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，特别是涉及一种开入电路。

背景技术：

目前对于高、低压开关量的采集，其信号输入电路(或者称为开入电路)一般都是通过电阻网络分压进行，同时采用光电隔离器件进行隔离。但是，这种传统的信号输入电路的工作原理过于简单，当输入电压较高，回路电流很小，常规的空间干扰就有可能使回路中光电隔离器件的发光二极管导通，导致产生开关量变位的假象，这使得现有方案的电路抗干扰能力很难满足要求。同时，在输入的开关量电压较高时，也会使元件发热现象严重，对长期运行会对开关量采集的可靠性造成影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电平自适应的开入电路，能有效提高开关量采集的可靠性。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种开入电路，包括两级运算放大器计算回路和电压比较器回路；所述两级运算放大器计算回路包括第一运算放大器、第二运算放大器，所述两级运算放大器计算回路还包括串联连接的第一开关二极管和第二开关二极管，所述电压比较器回路包括电压比较器；

所述第一运算放大器的负极输入端分别连接所述第二运算放大器的负极输入端、所述第一运算放大器的输出端、所述第一开关二极管的负极和所述第二开关二极管的正极，所述第一运算放大器的负极输入端接入开入信号，所述第一运算放大器的正极输入端接地；

所述第二运算放大器的负极输入端分别接入设定电压值的钳位电压和所述开入信号，所述第二运算放大器的正极输入端接地，所述第二运算放大器的输出端分别连接所述第一开关二极管的正极和所述第二开关二极管的负极，所述第一开关二极管的负极还连接所述第二运算放大器的负极输入端；

所述电压比较器的负极输入端连接所述第一运算放大器的输出端，所述电压比较器的正极输入端用于提供正反馈且接入比较基准电压，所述电压比较器的正极输入端还与所述电压比较器的输出端连接。

根据上述本实用新型的开入电路的方案，该开入电路在运行时，开入信号输入到第一运算放大器、第二运算放大器的输入端进行运算。第二运算放大器进行开入信号与一设定电压值(以下以-2.5V为例进行说明)的钳位电压的加运算，若开入信号大于2.5V(即为高电平的开入信号)，则第二开关二极管导通，第一开关二极管截止，第二运算放大器相当于一个加法器，所以第二运算放大器此时输出开入信号电压和基准电压二者的差给第一运算放大器，作为第一运算放大器的另一个输入；若输入信号小于2.5V，则第一开关二极管A导通，第二开关二极管截止，第二运算放大器的输出相当于接在虚地上，其输出电压为零，并输出给第一运算放大器，作为第一运算放大器的另一个输入；第一运算放大器运行在加法器状态，当开入信号电平高于基准电压(即2.5V)时，运算规则是开入信号减去开入信号电压和基准电压的差，运算结果是输出是基准电压；当开入信号电平低于基准电压以及输入信号为负电平时，第一运算放大器的输出等于开入信号，也就是说，无论是高电平的开入信号还是低电平的开入信号，输出信号最大为基准电压，可以有效避免因输入电压较高导致产生开关量变位，且可以有效避免因输入电压较高导致元件发热，能有效提高开关量采集的可靠性。同时，电压比较器回路提供与输入信号对应的限幅标准电平信号，并进行信号的整形。通过电压比较器的正极输入端提供的电压幅度，电压比较器可滤除该门槛电压(即限幅标准电平信号)以下的噪声干扰电平。当电压比较器的输入电压高于门槛电压时，电压比较器输出标准逻辑高电平(物理低电平)；当电压比较器的输入电压低于门槛电压时，电压比较器输出标准低逻辑电平(物理高电平)。采用本实用新型的开入电路后，既可以确保高电平的输入信号能被电平抑制和限幅，进而可靠进入信号调理电路中，又可以确保低电平端的噪声干扰被滤除。

附图说明

图1为一个实施例中的开入电路的组成结构示意图；

图2为图1中的两级运算放大器计算回路和电压比较器回路在其中一个实施例中的细化结构示意图；

图3为另一个实施例中的开入电路的组成结构示意图；

图4为又一个实施例中的开入电路的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步阐述，但本实用新型的实现方式不限于此。

需要说明的是，当元件被称为“固定在”或“设置在”另一个元件上，它可以是直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为“连接”另一个元件，一个元件被称为与另一个元件“连接”，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。

参见图1所示，为一个实施例中的开入电路的组成结构示意图。如图1所示，本实施例中的开入电路包括两级运算放大器计算回路101和电压比较器回路102。图2为两级运算放大器计算回路101和电压比较器回路102在其中一个实施例中的细化结构示意图。图2中示出了本实用新型的开入电路中的两级运算放大器计算回路101和电压比较器回路102的一个较佳示例的结构示意图。依据不同的考虑因素，在具体实现本实用新型的开入电路时，可以包含图2中所示的全部，也可以只包含图2中所示的其中一部分，以下对几个具体实施例进行详细说明。

在其中一个实施例中，是以两级运算放大器计算回路101包括第一运算放大器N403B、第二运算放大器N403A，两级运算放大器计算回路101还包括串联连接的第一开关二极管V402A和第二开关二极管V402B，电压比较器102回路包括电压比较器N404为例进行说明。

第一运算放大器N403B的负极输入端分别连接第二运算放大器N403A的负极输入端和第一运算放大器N403B的输出端、第一开关二极管V402A的负极和第二开关二极管V402B的正极，第一运算放大器N403B的负极输入端接入开入信号，第一运算放大器N403B的正极输入端接地；

第二运算放大器N403A的负极输入端分别接入钳位电压和开入信号，第二运算放大器N403A的正极输入端接地，第二运算放大器N403A的输出端分别连接第一开关二极管V402A的正极和第二开关二极管V402B的负极，第一开关二极管V402A的负极还连接第二运算放大器N403A的负极输入端；

电压比较器N404的负极输入端连接第一运算放大器N403B的输出端，电压比较器N404的正极输入端用于提供正反馈且接入比较基准电压，电压比较器N404的正极输入端还与电压比较器N404的输出端连接。

其中，钳位电压的电压值的大小可以根据实际需要确定，较佳的方式，为以负值的基准电压(2.5V)，即-2.5V作为钳位电压的电压值。

据此，根据上述本实用新型的开入电路的方案，该开入电路在运行时，开入信号输入到第一运算放大器N403B、第二运算放大器N403A的输入端进行运算。第二运算放大器N403A进行开入信号与一设定电压值(以-2.5V为例进行说明)的钳位电压的加运算，若开入信号大于2.5V(即为高电平的开入信号)，则第二开关二极管V402B导通，第一开关二极管V402A截止，第二运算放大器相N403A当于一个加法器，所以第二运算放大器N403A此时输出开入信号电压和基准电压二者的差给第一运算放大器，作为第一运算放大器N403B的另一个输入；若输入信号小于2.5V，则第一开关二极管V402A导通，第二开关二极管V402B截止，第二运算放大器N403A的输出相当于接在虚地上，其输出电压为零，并输出给第一运算放大器N403A，作为第一运算放大器N403A的另一个输入；第一运算放大器运行N403A在加法器状态，当开入信号电平高于基准电压(即2.5V)时，运算规则是开入信号减去开入信号电压和基准电压的差，运算结果是输出是基准电压；当开入信号电平低于基准电压以及输入信号为负电平时，第一运算放大器N403B的输出等于开入信号，也就是说，无论是高电平的开入信号还是低电平的开入信号，输出信号最大为基准电压，可以有效避免因输入电压较高导致产生开关量变位，且可以有效避免因输入电压较高导致元件发热，能有效提高开关量采集的可靠性。同时，电压比较器N404回路提供与输入信号对应的限幅标准电平信号，并进行信号的整形。通过电压比较器N404的正极输入端提供的电压幅度，电压比较器N404可滤除该门槛电压(即限幅标准电平信号)以下的噪声干扰电平。当电压比较器N404的输入电压高于门槛电压时，电压比较器N404输出标准逻辑高电平(物理低电平)；当电压比较器的输入电压低于门槛电压时，电压比较器输出标准低逻辑电平(物理高电平)。采用本实用新型的开入电路后，既可以确保高电平的输入信号能被电平抑制和限幅，进而可靠进入信号调理电路中，又可以确保低电平端的噪声干扰被滤除。

在其中一个较佳的实施例中，如图2所示，本实用新型的开入电路中的两级运算放大器计算回路101还可以包括第一电阻R403、第二电阻R404、第三电阻R405、第四电阻R406、第五电阻R407和第六电阻R408；

第一运算放大器N403B的负极输入端依次经第一电阻R403、第五电阻R407分别与第二运算放大器N403A的负极输入端和第一开关二极管V402A的负极连接，第一运算放大器N403B的负极输入端还分别经第二电阻R404连接第一运算放大器N403B的输出端、经第一电阻R403连接第二开关二极管V402B的正极、经第三电阻R405接入开入信号；

第二运算放大器N403A的负极输入端经第四电阻R406接入开入信号、经第六电阻R408接入钳位电压。

在其中一个较佳的实施例中，如图2所示，本实用新型的开入电路中的电压比较器回路102还可以包括第七电阻R411、第八电阻R411和电位器POT401，电压比较器N404的正极输入端经第七电阻R411连接电位器的中心抽头，电位器POT401的一端接入一指定电压，电位器POT401的另一端经第八电阻接地。

采用本实施例中的方案，由于电压比较器N404的正极输入端经第七电阻R411连接电位器的中心抽头，电位器POT401的一端接入一指定电压，电位器POT401的另一端经第八电阻接地，可以实现电压比较器N404的正极输入端接入的比较基准电压的连续可调。

其中，图2中示出的JW401为一个插座，电位器POT401的一端可经电阻R414连接该插座JW401，根据需要，可以选择接入12V的电压，或者-12V的电压。

在其中一个实施例中的开入电路，如图3所示，还可以包括输入保护电路201。该输入保护电路201用于将输入到输入保护电路201的开入信号中的电磁瞬变干扰尖峰脉冲滤除掉，将滤除掉电磁瞬变干扰尖峰脉冲的开入信号输入到两级运算放大器计算回路101。

图4中示出了本实用新型的开入电路中的一个较佳示例的结构示意图。依据不同的考虑因素，在具体实现本实用新型的开入电路时，可以包含图4中所示的全部，也可以只包含图4中所示的其中一部分，以下对几个具体实施例进行详细说明。

如图4所示，输入保护电路201具体可以包括串联的输入保护电阻R415以及并联到地的瞬态抑制二极管V401，输入保护电路201的输入端接入开入信号，输入保护电路201的输出端分别连接第一运算放大器N403B的负极输入端和第二运算放大器N403A的负极输入端。

如图4可知，输入保护电路201的输入端为输入保护电阻R415的一端，输入保护电路201的输出端为输入保护电阻R415的另一端与瞬态抑制二极管V401的非接点端的连接点。

采用本实施例的方案，可以屏蔽了信号传输线路上强电干扰对中心采集电路的影响，有效防止开关信号的误采集、提高开关量采集的可靠性，同时能降低元件的发热、提高电路长期运行可靠性。

在其中一个实施例中的开入电路，如图3所示，还可以包括光电隔离及输出回路202，如图4所示，光电隔离及输出回路202具体可以包括光电耦合器E401、第一电容器C413和第九电阻R410；

光电耦合器E401的输入端第一引脚分别连接电压比较器的输出端和隔离电源回路的隔离电源正极输出端，光电耦合器E401的输入端第二引脚接地，光电耦合器E401的输出端第一引脚分别连接主电源和电容器C413的一端，光电耦合器E401的输出端第二引脚经第九电阻R410连接一外部电源；光电耦合器E401的输出端第三引脚连接电容器C413的另一端，光电耦合器E401的输出端第三引脚和电容器C413的另一端还分别接地，光电耦合器E401的输出端第二引脚作为光电隔离及输出回路202的输出端。

在具体实现时，光电隔离及输出回路202可以采用OC.特性的输出，驱动器经主电源通过第九电阻R410被上拉，可驱动DTL逻辑(二极管晶体逻辑(电路))、RTL逻辑(电阻晶体管逻辑(电路))、TTL逻辑(双极结型晶体管逻辑(电路))或CMOS逻辑(MOS管逻辑(电路))。

在其中一个实施例中的开入电路，如图3所示，还可以包括隔离电源回路301。可以根据需要选择隔离电源回路301的具体电路形式。如图4所示，隔离电源回路301具体可以包括主电源输入端+5、隔离电源正极输出端+12VA1、隔离电源负极输出端-12VA1和提供钳位电压的基准电源输出端-2.5VA1。

在其中一个实施例中，如图4所示，隔离电源回路301具体可以包括隔离电源芯片N401、稳压齐纳二极管N402、第一电容C401、第二电容C402、第三电容C403、第四电容C404、第五电容C405、第六电容C406、第七电容C407和第十电阻R401；

隔离电源芯片N401的输入端VDD分别连接第一电容C401的一端、第二电容C402的一端和+5V主电源，隔离电源芯片N401的第一接地端GND、第一电容C401的另一端和第二电容C402的另一端分别接地。

隔离电源芯片N401的第二接地端GND2分别连接第三电容C403的一端、第四电容C404的一端、第五电容C405的一端、第六电容C406的一端、第七电容C407的一端和稳压齐纳二极管N402的负极，且隔离电源芯片N401的第三端GND2接地。

隔离电源芯片N401隔离电源正极输出端+OUT分别连接第三电容C403的另一端和第四电容C404的另一端。

隔离电源芯片N401的隔离电源负极输出端-OUT分别连接第五电容C405的另一端、第六电容C406的另一端和第十电阻R401的一端，第十电阻R401的另一端分别连接第七电容C407的另一端和稳压齐纳二极管N402的正极。

在其中一个实施例中，如图4所示，隔离电源回路301具体还可以包括第八电容C409、第九电容C410、第十电容C411和第十一电容C412，其中，第八电容C409的一端、第九电容C410的一端、第十电容C411的一端和第十一电容C412的一端分别接地，第八电容C409的另一端和第十电容C411的另一端分别连接隔离电源芯片N401的隔离电源正极输出端+OUT，第九电容C410的另一端和第十一电容C412的另一端分别连接隔离电源芯片N401的隔离电源负极输出端-OUT。

较佳的，上述任意一个实施例中的第一运算放大器N403B和第二运算放大器N403A可以均为电流型运算放大器，例如可以为电流型JET(捷智)运算放大器。

较佳的，上述任意一个实施例中的电压比较器为电压型比较器。

需要说明的是，在图4中，开入电路的各个标注+12VA1的点实际连接在一起，同理各个标注-12VA1的点实际连接在一起，各个标注+5的点实际连接在一起，各个标注-2.5V的点实际连接在一起。

本实施例中，如图4所示，各电阻的具体电阻值为：R401-10kΩ，R403-100kΩ，R404-100kΩ，R405-100kΩ，R406-100kΩ，R407-100kΩ，R408-16kΩ，R409-1kΩ，R410-360Ω，R411-2kΩ，R412-10kΩ，R413-3.3kΩ，R414-0Ω，R415-2kΩ；电位器POT401-10kΩ；稳压齐纳二极管N402的型号为LM285-2.5。保护瞬变二极管V401型号为P6KE27CA、开关二极管V402A和V402B型号为BAT54C；第一、第二运算放大器型号为LM258。电压比较器型号为LM311；光耦E401的型号为TLP113。但需要说明的是，这些并不构成对本实用新型方案的限定。

采用本实用新型的开入电路后，既可以确保高电平的输入信号能被电平抑制和限幅，进而可靠进入信号调理电路中，又可以确保低电平端的噪声干扰被滤除；本实用新型电路通过电源与输出的光电隔离设计，屏蔽了信号传输线路上强电干扰对中心采集电路的影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。