寬范圍輸入電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬范圍輸入電路，其用于在≤120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)以及在＜1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的數(shù)字信號(hào)，該寬范圍輸入電路具有串聯(lián)接通的、反偏的齊納二極管(3,4)，這些齊納二極管分別限定至少一個(gè)在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)或在低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的開關(guān)閾值并且這些齊納二極管能夠通過不橋接的方式而選為有效，其中，各個(gè)沒有起效的齊納二極管的橋接通過輔助光耦合器(50)實(shí)現(xiàn)，該光耦合器能夠通過微處理器(8)控制。
【專利說明】
寬范圍輸入電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理和傳遞數(shù)字信號(hào)的寬范圍輸入電路，這些數(shù)字信號(hào)既可以以在S120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的又可以以在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的數(shù)值而施加在輸入端子上。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)設(shè)施中，數(shù)字的控制系統(tǒng)通常經(jīng)接口系統(tǒng)與傳感器連接。傳感器信號(hào)的類型和電壓值覆蓋較寬的范圍。在傳感器和各個(gè)設(shè)備的數(shù)字控制系統(tǒng)之間的接口系統(tǒng)因此必須能夠使各個(gè)輸入信號(hào)適配于相應(yīng)設(shè)備的控制系統(tǒng)的數(shù)字輸入。
[0003]DE 10 2010 030 656A1中已知一種用于電子設(shè)備的數(shù)字輸入的電路布設(shè)，其中，一個(gè)齊納二極管設(shè)置作為用于阻斷一個(gè)開關(guān)閾值以下的電流的阻塞元件。缺點(diǎn)在于只能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)開關(guān)閾值。
[0004]US 4，275，307中已知一種用于數(shù)字系統(tǒng)的輸入電路，其包括:具有兩個(gè)交流電輸入端子和兩個(gè)輸出端子的整流電路，其具有連接在整流電路的輸出端子上的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路具有以下元件:用于將串聯(lián)電路中的電流限制在預(yù)選的最大數(shù)值上的限流電路；多個(gè)串聯(lián)接通的齊納二極管，其具有用于使齊納二極管選擇性地短路從而改變在串聯(lián)電路上的電壓降的端子；以及作為光親合器的一部分、發(fā)射光的元件，該光親合器的一部分用于在電流在串聯(lián)電路中流過時(shí)在光親合器的感光部分中產(chǎn)生電信號(hào)；其中，輸出驅(qū)動(dòng)電路與感光元件連接，從而將產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換為在輸出端子上的具有邏輯電平的信號(hào)，該信號(hào)適合施加到數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上。具體而言，使用具有數(shù)值為3伏、7伏和20伏的齊納電壓的三個(gè)齊納二極管，這些齊納二極管能夠通過旁路導(dǎo)線橋接，從而能夠設(shè)置O、3、7、10、20、23、27和30伏的電壓降。以這種方式可以使在邏輯電平上的初始信號(hào)適合于施加在數(shù)字控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線上。通過已知的輸入電路僅可以在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)實(shí)施開關(guān)閾值的固定的調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于數(shù)字信號(hào)的寬范圍輸入電路，該數(shù)字信號(hào)可以屬于S120V的特低電壓信號(hào)范圍內(nèi)和/或?qū)儆?lt;1500V的低電壓信號(hào)范圍而且該數(shù)字信號(hào)在處理之后應(yīng)傳遞給用戶電路。開關(guān)閾值應(yīng)既能夠在小于120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)也能夠在小于1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)靈活地、即以軟件的方式調(diào)整。特別是應(yīng)能夠快速地調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)閾值。
[0006]按照本發(fā)明的寬范圍輸入電路包括具有以下元件的串聯(lián)電路:一個(gè)輸入側(cè)的整流器或者輸入側(cè)的整流電路，以便于將以交流電形式輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電形式并且實(shí)現(xiàn)通過兩個(gè)輸入端子之間的串聯(lián)電路的直流電流;一個(gè)用于調(diào)整直流電流的電流調(diào)節(jié)器；；兩個(gè)或多個(gè)(η個(gè))串聯(lián)接通的、反偏(in Sperrichtung gepolten)的齊納二極管;和用于確定寬范圍輸入電路的數(shù)字輸出端子的狀態(tài)的光耦合器，其中，額外地設(shè)置齊納二極管的一個(gè)或多個(gè)橋接裝置，這些橋接裝置通過微處理器控制裝置可以起效或失效，從而可以將串聯(lián)接通的齊納二極管單個(gè)地或以組的形式插入到電路中或者通過橋接而使其失效。
[0007]在該寬范圍輸入電路中，可以通過較小的花費(fèi)實(shí)現(xiàn)用于不同的電壓范圍的多個(gè)開關(guān)閾值。該寬范圍輸入電路可以在特低電壓范圍內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)閾值運(yùn)行也可以在低電壓范圍內(nèi)通過在此適用的標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)閾值運(yùn)行。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域來實(shí)施開關(guān)閾值的參數(shù)化。
【附圖說明】
[0008]本發(fā)明的實(shí)施例借助附圖描述。在此:
[0009]圖1示出了寬范圍輸入電路的第一種實(shí)施方式，
[0010]圖2示出了寬范圍輸入電路的第二種實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出了寬范圍輸入電路的原理圖。信號(hào)輸入具有兩個(gè)輸入端子11和12，而數(shù)字輸出端子具有兩個(gè)輸出連接導(dǎo)線13，14。串聯(lián)電路10在輸入端子11，12之間延伸并且包括以下元件:整流器I，其也可以以整流電路的形式實(shí)現(xiàn)；電流調(diào)節(jié)器2，其作為電源起作用并且為串聯(lián)電路10提供直流電流;反偏的第一齊納二極管3，其為了在S120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的開關(guān)閾值而設(shè);反偏的第二齊納二極管4，其為了在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的開關(guān)閾值而設(shè)；用于齊納二極管4的橋接電路5;和讀出光耦合器6，其通過輸出連接導(dǎo)線13，14與未示出的用戶電路連接。
[0012]橋接電路5包含橋接導(dǎo)線51和輔助光親合器50，該輔助光親合器包含光電晶體管52和發(fā)光二極管53并且通過微處理器8控制，從將橋接導(dǎo)線51和設(shè)置在其中的光電晶體管調(diào)控為導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的形式。
[0013]讀出光親合器6包含發(fā)光二極管61和光電晶體管62，從而將發(fā)光二極管61的發(fā)光狀態(tài)，即“發(fā)光”或“不發(fā)光”轉(zhuǎn)換為傳給輸出連接導(dǎo)線13，14的數(shù)字輸出信號(hào)。
[0014]電流調(diào)節(jié)器2將流通經(jīng)過串聯(lián)電路10的電流調(diào)整到為了運(yùn)行發(fā)光二極管61所必需的數(shù)值，并且在該示出的實(shí)施例中含有自導(dǎo)的η溝道金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(selbstleitenden n-Kanal_M0SFET)21以及在柵極端子和源極端子之間的750 Ω的電阻22，從而將電流調(diào)整至大約0.75mA。最大允許的漏-源電壓在此為500V，這確定了在輸入端子11，12上的最大允許的電壓。然而如果要完全利用<1500V的低電壓信號(hào)范圍，電流調(diào)節(jié)器2也可以設(shè)置用于更高的電壓。
[0015]假定寬范圍輸入電路應(yīng)以數(shù)字的方式檢測24V的額定電壓(=特低電壓)和230V的額定電壓(=低電壓)。整流器I設(shè)置用于，既可以檢測交流電壓信號(hào)也可以檢測直流電壓信號(hào)。在24VDC的額定電壓下，由標(biāo)準(zhǔn)給定的、在邏輯值O和邏輯值I之間的過渡范圍在5V和15V之間，而在230VAC的額定電壓下在40V和164V之間。齊納二極管3負(fù)責(zé)用于特低電壓信號(hào)的范圍的開關(guān)閾值的調(diào)整并且選擇用于5.6V的齊納電壓。如果期望在彡120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的信號(hào)，則激活橋接電路5，從而橋接齊納二極管4，這借助通過微處理器8控制的輔助光耦合器50發(fā)生。低于5V的輸入信號(hào)例如識(shí)別為數(shù)字信號(hào)“O”到而超過15V的輸入信號(hào)則識(shí)別為數(shù)字信號(hào)“I”。
[0016]如果期望在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的輸入信號(hào)，則使橋接電路5失效，從而使齊納二極管3和4都被輸入的電壓電流脈沖所加載。如果期望輸入信號(hào)的額定電壓為230V，那么由標(biāo)準(zhǔn)預(yù)給定的、在邏輯值O和邏輯值I之間的過渡范圍在40V和164V之間。在這種情況下，將齊納二極管4的齊納電壓選擇為56V。
[0017]例如可以使用西門子的SFH 6156作為光耦合器。特點(diǎn)在于，使用者例如可以通過微處理器8控制光耦合器，而在此可以在對使用者沒有危險(xiǎn)的條件下勝任230VAC的額定電壓。盡管230VAC的電壓是較高的且接觸危險(xiǎn)的仍可以確保電氣安全性。
[0018]輸入電壓可以在<120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)還具有另一個(gè)不同于24V的額定電壓，例如為48VDC。在此還存在10至34V的過渡范圍，在該過渡范圍內(nèi)開關(guān)閾值可能具有任意的電壓值。齊納二極管3的齊納電壓因此包含在該過渡范圍內(nèi)。
[0019]如果有多于兩個(gè)的開關(guān)閾值可用，所示出的電路可以擴(kuò)展以多于兩個(gè)的齊納二極管來擴(kuò)展。于是將η個(gè)的串聯(lián)的反偏的多個(gè)齊納二極管3，4以及η或η-1個(gè)的多個(gè)橋接電路5納入串聯(lián)電路10中。
[0020]圖2示出了寬范圍輸入電路的串聯(lián)電路，在其他電路特征與圖1一致的情況下，其具有:兩個(gè)用于在S120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閾值的反偏的齊納二極管3a, 3b和兩個(gè)用于在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)閾值的反偏的齊納二極管4a，4b。齊納二極管3b能夠與橋接電路7b橋接，該橋接電路借助輔助光耦合器70b而起效。由此除了齊納二極管3a的開關(guān)閾值之外還額外地選出了另一個(gè)開關(guān)閾值。類似于圖1的情況，通過微處理器控制裝置以將光耦合器調(diào)控為“導(dǎo)電”或“不導(dǎo)電”的形式，該微處理器控制裝置出于簡要的原因在圖2中沒有示出。
[0021]還可能的是，齊納二極管3a通過橋接電路(“7a”，未示出)短路，從而使齊納二極管3a或齊納二極管3b交替地作用，以便于提供特低電壓信號(hào)的范圍的開關(guān)閾值。
[0022]類似的構(gòu)思也可以應(yīng)用于低電壓信號(hào)的范圍。在此串聯(lián)接通的齊納二極管4a，4b也可以用于實(shí)現(xiàn)不同高的開關(guān)閾值。由于從屬于各個(gè)橋接電路7b，5a，5b的輔助光耦合器70b，50a，50b能夠通過與微處理器8相應(yīng)的處理器(未示出)而控制，因此可以快速且簡單地調(diào)整不同的開關(guān)閾值。
[0023]當(dāng)然可以選擇反偏的并且能夠橋接的齊納二極管的數(shù)量，以便于實(shí)現(xiàn)所期望數(shù)量的開關(guān)閾值。
[0024]因此，本發(fā)明涉及一種寬范圍輸入電路，其用于在彡120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)以及在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的數(shù)字信號(hào)，該寬范圍輸入電路具有串聯(lián)接通的、反偏的多個(gè)齊納二極管，這些齊納二極管分別限定至少一個(gè)在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)或在低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的開關(guān)閾值并且這些齊納二極管能夠通過非橋接的方式選擇為起效，其中，各個(gè)沒有起效的齊納二極管的橋接通過輔助光耦合器實(shí)現(xiàn)，該輔助光耦合器能夠通過微處理器控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于準(zhǔn)備和傳輸數(shù)字信號(hào)的寬范圍輸入電路，所述數(shù)字信號(hào)既能夠以在S120V的特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的數(shù)值又能夠以在<1500V的低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的數(shù)值施加在輸出端子上，所述寬范圍輸入電路包括具有以下元件的串聯(lián)電路: -輸入側(cè)的整流器(I)或者輸入側(cè)的整流電路，以便于將以交流電形式輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電形式； -電流調(diào)節(jié)器(2)，其既用于實(shí)現(xiàn)彡120V的特低電壓信號(hào)又用于實(shí)現(xiàn)在<1500V的低電壓信號(hào)，以便于將流經(jīng)所述串聯(lián)電路的電流分別調(diào)整到預(yù)設(shè)的數(shù)值； -串聯(lián)接通的、反偏的第一齊納二極管(3)，其為了在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的S120V的開關(guān)閾值而設(shè)， -串聯(lián)接通的、反偏的第二齊納二極管(4)，其連同所述第一齊納二極管(3)為了在低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的< 1500V的開關(guān)閾值而設(shè)， -用于橋接所述第二齊納二極管(4)的橋接電路(5)，所述橋接電路包含輔助光耦合器(50)，以及 -讀出光耦合器(6)，以便于將處理后的數(shù)字信號(hào)通過輸出端子導(dǎo)線(13，14)傳遞到用戶電路， -其中，設(shè)置有用于控制所述輔助光耦合器(50)的微處理器8，從而根據(jù)期望輸入信號(hào)在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)或者在低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)而將所述第二齊納二極管(4)調(diào)控為橋接或非橋接的方式， -其中，另外，如果施加數(shù)字的特低電壓信號(hào)，則橋接所述第二齊納二極管(4)并且所述第一齊納二極管(3)通過其“導(dǎo)電的”或“阻斷的”狀態(tài)而確定，發(fā)出數(shù)字信號(hào)“I”或者“O”，而且 -如果施加數(shù)字的低電壓信號(hào)，則至少不橋接所述第二齊納二極管(4)或者所述第一齊納二極管和所述第二齊納二極管(3，4)保持串聯(lián)接通，未橋接的所述第二齊納二極管(4)或者由所述第一齊納二極管和所述第二齊納二極管(3，4)組成的齊納二極管串聯(lián)電路通過其“導(dǎo)電的”或“阻斷的”狀態(tài)而確定，發(fā)出數(shù)字信號(hào)“I”或者“O”。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬范圍輸入電路，其中，設(shè)置η個(gè)串聯(lián)接通的、反偏的多個(gè)齊納二極管(3a，3b，4a，4b)和對應(yīng)于這些齊納二極管的η或η-1個(gè)的具有輔助光耦合器(70b;50a，50b)的多個(gè)橋接電路(7b，5a，5b)，所述輔助光耦合器能夠通過微處理器控制裝置控制，從而能夠在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)和/或低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)更多的開關(guān)閾值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬范圍輸入電路，其中，n= 4并且為特低電壓信號(hào)的范圍設(shè)置兩個(gè)反偏的齊納二極管(3a，3b)以及為低電壓信號(hào)的范圍額外地設(shè)置兩個(gè)另外的反偏的齊納二極管(4a，4b)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬范圍輸入電路，其中，一個(gè)負(fù)責(zé)特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的齊納二極管(3a)由一個(gè)橋接電路(7b)橋接，而且其中，負(fù)責(zé)低電壓信號(hào)的范圍的兩個(gè)齊納二極管(4a，4b)分別由一個(gè)橋接電路(5a，5b)橋接。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的寬范圍輸入電路，其中，在特低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的24V的額定電壓情況下，在邏輯值“O”和邏輯值“I”之間的過渡范圍位于5至15V之間的第一齊納二極管(3)的開關(guān)閾值中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬范圍輸入電路，其中，所述第一齊納二極管(3)具有5.6V的開關(guān)閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的寬范圍輸入電路，其中，在低電壓信號(hào)的范圍內(nèi)的230V的額定電壓情況下，在邏輯值“O”和邏輯值“I”之間的過渡范圍位于40至164V之間的齊納二極管串聯(lián)電路的開關(guān)閾值中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬范圍輸入電路，其中，在所述齊納二極管串聯(lián)電路中的第二齊納二極管(4)具有56V的開關(guān)閾值。
【文檔編號(hào)】H03K17/30GK105981299SQ201580007192
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月4日
【發(fā)明人】本杰明·吉普, 溫弗里德·蒂爾
【申請人】菲尼克斯電氣公司