一种由运算放大器构成顺开逆关的电路

1.本发明涉及电气控制领域，特别是涉及一种由运算放大器构成顺开逆关的电路。


背景技术：

2.在电气控制领域，通常把能够实现顺序开通、逆序关断的控制电路简称为顺开逆关电路，它的作用是使受控对象实现顺序开通或逆序关断的控制功能，从诞生之日起，一直被广大业者普遍应用；现阶段顺开逆关电路主要采用纯电磁继电器、plc和mcu方式实现控制，其中电磁继电器方式为纯硬件控制，plc和mcu方式为软件与硬件结合控制。
3.发明人在实现本发明实施例过程中发现：现有技术中采用纯电磁继电器，相对于plc和mcu方式控制而言，虽然可靠，但是体积相对较大，成本相对较高，功耗较大；而采用plc和mcu方式控制，虽然体积减小，但是软硬件开发成本相对较高；现有技术在兼顾结构简单、体积小和功耗低的情况下，难以实现受控对象的数量低成本地任意扩容，且难以方便地实现相邻受控对象的开通时间间隔和关断时间间隔参数任意设置。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种由运算放大器构成顺开逆关的电路，具体技术方案是：包括充放电模块（1）、基准模块（2）和运放模块（3）；所述运放模块（3）是由运算放大器构成的比较器电路，根据所述充放电模块（1）和基准模块（2）的工作状态，产生相应的顺序开通或逆序关断的控制逻辑信号，用于传输、驱动或指示下一级电路；所述充放电模块（1）包含单刀双掷开关s1、放电电阻r1、充放电电阻r2和充放电电容c1；所述单刀双掷开关s1的一个固定端为a端，连接放电电阻r1的一端，起逆序关断作用，放电电阻r1的另一端接电源地；单刀双掷开关s1的另一个固定端为b端，连接电源vcc，起顺序开通作用；单刀双掷开关s1的公共端为com端，连接充放电电阻r2的一端，充放电电阻r2的另一端连接充放电电容c1的一端，并且此连接点设置为tcom端，充放电电容c1的另一端接电源地；所述基准模块（2）包含直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref1和基准电阻rref2；直流电流源a1的负端接电源地，其正端连接偏置电阻r3的一端，偏置电阻r3的另一端连接基准电阻rref2的一端，此连接点设置为vref2端，基准电阻rref2的另一端连接基准电阻rref1的一端，此连接点设置为vref1端，基准电阻rref1的另一端接电源地；所述运放模块（3）包含运算放大器u1和运算放大器u2，所述运算放大器u1的同相端和运算放大器u2的同相端皆连接所述充放电模块（1）的tcom端，运算放大器u1的反相端连接所述基准模块（2）的vref1端，运算放大器u2的反相端连接所述基准模块（2）的vref2端，运算放大器u1的输出端为out1，运算放大器u2的输出端为out2；
所述充放电模块（1）有两条工作回路，第一条回路是，电源vcc与单刀双掷开关s1的b端和com端、充放电电阻r2、充放电电容c1和电源地构成充电回路，tcom端的电压在充电时的上升快慢，与时间常数直接相关，此时间常数为充放电电阻r2和充放电电容c1的乘积；第二条回路是电源地与放电电阻r1、单刀双掷开关s1的a端和com端、充放电电阻r2、充放电电容c1和电源地构成放电回路，tcom端的电压下降快慢，又与另外一个时间常数直接相关，此时间常数即为放电电阻r1加上充放电电阻r2之和，再乘以充放电电容c1；所述基准模块（2）产生的恒定基准参考电压回路是由直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref2和基准电阻rref1组成，基准参考电压大小由直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref2、基准电阻rref1的参数决定，其中vref1端的电压小于vref2端的电压；把单刀双掷开关s1投掷至b端，tcom端的电压逐步上升，当高于vref1端的电压时，运算放大器u1的输出端out1会优先输出高电平，当高于vref2端的电压时，运算放大器u2的输出端out2会迟于输出端out1输出高电平，实现正逻辑的顺序开通，其中，调整充电回路的时间常数即可任意控制输出端out1和输出端out2的开通时间间隔；把单刀双掷开关s1投掷至a端，tcom端的电压逐步下降，当低于vref2端的电压时，运算放大器u2的输出端out2会优先输出低电平，当低于vref1端的电压时，运算放大器u1的输出端out1会迟于输出端out2输出低电平，实现正逻辑的逆序关断，其中，调整放电回路的时间常数即可任意控制输出端out2和输出端out1的关断时间间隔。
5.进一步地，所述充放电模块（1）中的单刀双掷开关s1替换成单刀单掷开关s2和单刀单掷开关s3；即所述单刀单掷开关s3一端连接电源vcc，另一端连接充放电电阻r2的一端，充放电电阻r2的另一端连接tcom端；所述单刀单掷开关s2的一端连接放电电阻r1的一端，放电电阻r1的另一端连接电源地，单刀单掷开关s2的另一端连接tcom端和充放电电容c1的一端，充放电电容c1的另一端连接电源地。
6.进一步地，所述充放电模块（1）中的放电电阻r1、充放电电阻r2或充放电电容c1可替换为可调放电电阻rw1、可调充放电电阻rw2或可调充放电电容cw1；所述基准模块（2）中的偏置电阻rw3、基准电阻rrefw1或基准电阻rrefw2可替换为可调偏置电阻rw3、可调基准电阻rrefw1或可调基准电阻rrefw2。
7.进一步地，所述基准模块（2）中的直流电流源a1替换为直流电压源v1，负端接电源地，其正端连接偏置电阻r3的一端，或者连接可调偏置电阻rw3的一端。
8.进一步地，所述基准模块（2）中的基准电阻rref2或可调基准电阻rrefw2替换成若干个电阻串组成的基准电阻rref2、基准电阻rref3、
…
、基准电阻rrefn，或可替换为可调基准电阻rrefw2、可调基准电阻rrefw3、
…
、可调基准电阻rrefwn，其中n≥3，由此产生的连接点对应设置为vref2端、vref3端、
…
、vrefn端；相应地还把所述运放模块（3）中的运算放大器u2也替换成运算放大器u2、运算放大器u3、
…
、运算放大器un，另外，运算放大器u2的反相端对应连接至vref2端，运算放大器u3的反相端对应连接至vref3端，
…
，运算放大器un的反相端对应连接至vrefn端；同时，所有运算放大器的同相端均连接tcom端；最后，相应地所述输出端out2设置成输出端out2、输出端out3、
…
、输出端outn。
9.进一步地，充放电模块（1）、基准模块（2）保持不变，运算放大器u1的同相端对应连
接至vref1端，运算放大器u2的同相端对应连接至vref2端，
…
，运算放大器un的同相端对应连接至vrefn端；所有运算放大器的反相端均连接tcom端，其中n≥2；对比上述的正逻辑控制，可实现反逻辑控制，即为低电平开通，高电平关断。
10.本发明的有益效果是，提供的一种由运算放大器构成顺开逆关的电路，不但受控对象的数量可以低成本地任意扩容，相邻受控对象开通时间间隔和关断时间间隔任意可调，而且具有通用性强、结构简单、体积小和功耗低的突出优势。
附图说明
11.图1为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第一个典型示意图。
12.图2为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第二个典型示意图。
13.图3为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第三个典型示意图。
14.图4为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第四个典型示意图。
15.图5为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第五个典型示意图。
16.图6为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第六个典型示意图。
17.图7为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路一个实施例。
18.图8为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路另一个实施例。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
20.如图1所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路典型示意图，包括充放电模块（1）、基准模块（2）和运放模块（3）；所述运放模块（3）是由运算放大器构成的比较器电路，根据所述充放电模块（1）和基准模块（2）的工作状态，产生相应的顺序开通或逆序关断的控制逻辑信号，用于传输、驱动或指示下一级电路；所述充放电模块（1）包含单刀双掷开关s1、放电电阻r1、充放电电阻r2和充放电电容c1；所述单刀双掷开关s1的一个固定端为a端，连接放电电阻r1的一端，起逆序关断作用，放电电阻r1的另一端接电源地；单刀双掷开关s1的另一个固定端为b端，连接电源vcc，起顺序开通作用；单刀双掷开关s1的公共端为com端，连接充放电电阻r2的一端，充放电电阻r2的另一端连接充放电电容c1的一端，并且此连接点设置为tcom端，充放电电容c1的另一端接电源地；所述基准模块（2）包含直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref1和基准电阻rref2；直流电流源a1的负端接电源地，其正端连接偏置电阻r3的一端，偏置电阻r3的另一端连接基准电阻rref2的一端，此连接点设置为vref2端，基准电阻rref2的另一端连接基准电阻rref1的一端，此连接点设置为vref1端，基准电阻rref1的另一端接电源地；所述运放模块（3）包含运算放大器u1和运算放大器u2，所述运算放大器u1的同相端和运算放大器u2的同相端皆连接所述充放电模块（1）的tcom端，运算放大器u1的反相端
连接所述基准模块（2）的vref1端，运算放大器u2的反相端连接所述基准模块（2）的vref2端，运算放大器u1的输出端为out1，运算放大器u2的输出端为out2；所述充放电模块（1）有两条工作回路，第一条回路是，电源vcc与单刀双掷开关s1的b端和com端、充放电电阻r2、充放电电容c1和电源地构成充电回路，tcom端的电压在充电时的上升快慢，与时间常数直接相关，此时间常数为充放电电阻r2和充放电电容c1的乘积；第二条回路是电源地与放电电阻r1、单刀双掷开关s1的a端和com端、充放电电阻r2、充放电电容c1和电源地构成放电回路，tcom端的电压下降快慢，又与另外一个时间常数直接相关，此时间常数即为放电电阻r1加上充放电电阻r2之和，再乘以充放电电容c1；所述基准模块（2）产生的恒定基准参考电压回路是由直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref2和基准电阻rref1组成，基准参考电压大小由直流电流源a1、偏置电阻r3、基准电阻rref2、基准电阻rref1的参数决定，其中vref1端的电压小于vref2端的电压；把单刀双掷开关s1投掷至b端，tcom端的电压逐步上升，当高于vref1端的电压时，运算放大器u1的输出端out1会优先输出高电平，当高于vref2端的电压时，运算放大器u2的输出端out2会迟于输出端out1输出高电平，实现正逻辑的顺序开通，其中，调整充电回路的时间常数即可任意控制输出端out1和输出端out2的开通时间间隔；把单刀双掷开关s1投掷至a端，tcom端的电压逐步下降，当低于vref2端的电压时，运算放大器u2的输出端out2会优先输出低电平，当低于vref1端的电压时，运算放大器u1的输出端out1会迟于输出端out2输出低电平，实现正逻辑的逆序关断，其中，调整放电回路的时间常数即可任意控制输出端out2和输出端out1的关断时间间隔。
21.如图2所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第二个典型示意图，是在图1的基础上，将充放电模块（1）中的单刀双掷开关s1替换成单刀单掷开关s2和单刀单掷开关s3；即所述单刀单掷开关s3一端连接电源vcc，另一端连接充放电电阻r2的一端，充放电电阻r2的另一端连接tcom端；所述单刀单掷开关s2的一端连接放电电阻r1的一端，放电电阻r1的另一端连接电源地，单刀单掷开关s2的另一端连接tcom端和充放电电容c1的一端，充放电电容c1的另一端连接电源地。
22.如图3所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第三个典型示意图，在图1 的基础上，将所述充放电模块（1）中的放电电阻r1、充放电电阻r2或充放电电容c1可替换为可调放电电阻rw1、可调充放电电阻rw2或可调充放电电容cw1；所述基准模块（2）中的偏置电阻rw3、基准电阻rrefw1或基准电阻rrefw2可替换为可调偏置电阻rw3、可调基准电阻rrefw1或可调基准电阻rrefw2。
23.如图4所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第四个典型示意图，在图1的基础上，将所述基准模块（2）中的直流电流源a1替换为直流电压源v1，负端接电源地，其正端连接偏置电阻r3的一端，或者连接可调偏置电阻rw3的一端。
24.如图5所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第五个典型示意图，在图1 的基础上，将所述基准模块（2）中的基准电阻rref2或可调基准电阻rrefw2替换成若干个电阻串组成的基准电阻rref2、基准电阻rref3、
…
、基准电阻rrefn，或可替换为可调基准电阻rrefw2、可调基准电阻rrefw3、
…
、可调基准电阻rrefwn，其中n≥3，由此产生的连接
点对应设置为vref2端、vref3端、
…
、vrefn端；相应地还把所述运放模块（3）中的运算放大器u2也替换成运算放大器u2、运算放大器u3、
…
、运算放大器un，另外，运算放大器u2的反相端对应连接至vref2端，运算放大器u3的反相端对应连接至vref3端，
…
，运算放大器un的反相端对应连接至vrefn端；同时，所有运算放大器的同相端均连接tcom端；最后，相应地所述输出端out2设置成输出端out2、输出端out3、
…
、输出端outn。
25.如图6所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路第六个典型示意图，在图1 的基础上，充放电模块（1）、基准模块（2）保持不变，运算放大器u1的同相端对应连接至vref1端，运算放大器u2的同相端对应连接至vref2端，
…
，运算放大器un的同相端对应连接至vrefn端；所有运算放大器的反相端均连接tcom端，其中n≥2；对比上述的正逻辑控制，可实现反逻辑控制，即为低电平开通，高电平关断。
26.如图7所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路一个实施例，结合图1可以看出，把两个的串联负载，即限流电阻r8和发光二极管led1、限流电阻r9和发光二极管led2，分别接在运放模块（3）中的输出端out1与电源地之间和输出端out2与电源地之间，通过高低电平的显示，来指示开通和关断的工作状态；正逻辑的顺序开通状态，把单刀双掷开关s1投掷至b端，充电回路输送电压至运放模块（3）中运算放大器的同相端，同时tcom端电位逐步上升，恒定基准参考电压回路产生电压输送至运算模块中运算放大器反相端，当运算放大器的同相端电压高于vref1端的电压，运算放大器u1优先输出高电平至限流电阻r8和发光二极管led1，发光二极管led1亮；随后运算放大器的同相端电压高于vref2端的电压，运算放大器u2迟于运算放大器u1输出高电平至限流电阻r9和发光二极管led2，发光二极管led2亮，实现正逻辑的顺序开通；正逻辑的逆序关断状态，把单刀双掷开关s1投掷至a端，运放模块（3）中运算放大器通过放电回路放电，同时tcom端电位逐步下降，恒定基准参考电压回路产生电压输送至运算模块中运算放大器反相端，其中vref1端的电压小于vref2端的电压，当运算放大器的同相端电压低于基准模块（2）中vref2端的电压，运算放大器u2优先输出低电平至限流电阻r9和发光二极管led2，发光二极管led2熄灭；随后运算放大器的同相端电压低于vref1端的电压，运算放大器u1迟于运算放大器u2输出低电平至限流电阻r8和发光二极管led1，发光二极管led1熄灭，实现正逻辑的逆序关断。
27.如图8所示，为本发明一种由运算放大器构成顺开逆关的电路另一个实施例，其工作过程与图7的实施例大致相同，不同的是，运放模块（3）加了两组运算放大器，即运算放大器u3和运算放大器u4，基准模块（2）加了两组基准电阻，即基准电阻rref3和基准电阻rref4，输出端加了两组串联负载，即限流电阻r10和发光二极管led3、限流电阻r11和发光二极管led4；正逻辑的顺序开通过程，单刀双掷开关s1投掷至b端，发光二极管点亮先后顺序为：发光二极管led1、发光二极管led2、发光二极管led3、发光二极管led4；正逻辑的逆序关断过程，单刀双掷开关s1投掷至a端，发光二极管熄灭先后顺序为：发光二极管led4、发光二极管led3、发光二极管led2、发光二极管led1。