一種寬壓plc輸入電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬壓PLC輸入電路，包括恒流電路（10）以及與所述恒流電路（10）連接的光耦電路（20）；其中：所述光耦電路（20）的輸入側(cè)接入所述恒流電路（10）、輸出側(cè)與PLC內(nèi)部處理電路（30）連接；所述恒流電路（10）與用于接收外部輸入脈沖信號的PLC信號輸入端口連接，并用于在外部輸入脈沖信號為正脈沖且電壓變化時保持光耦電路輸入側(cè)的電流穩(wěn)定。實施本發(fā)明的有益效果是：支持寬壓輸入并有效地保護光耦最大電流，提高光耦的壽命。
【專利說明】—種寬壓PLC輸入電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PLC【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)寬壓輸入的PLC輸入電路。
【背景技術(shù)】
[0002]PLC (可編程邏輯控制器)是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。
[0003]PLC的應(yīng)用極為廣泛，而PLC輸入電路是PLC中的重要部分，PLC輸入電路主要用于將PLC外部輸入信號傳送到PLC內(nèi)部處理電路，圖1示出了現(xiàn)有的典型PLC輸入電路。如圖1所示，該PLC輸入電路在光耦Ul的發(fā)光管部分采用電阻R1’和電阻R2’組成的電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)限流，在PLC信號輸入端口接收的外部輸入脈沖信號Vl為正脈沖時，光耦Ul導通，傳送給PLC內(nèi)部處理電路30—個低電位,表不該PLC的信號輸入端口有信號輸入。但現(xiàn)有的PLC輸入電路存在如下缺陷:
[0004]I)由于電阻網(wǎng)絡(luò)的限制，為了確保光耦發(fā)光管部分的最小電流，輸入電壓不能過低，否則無法讓光耦可靠導通；輸入電壓不能過高，否則導致發(fā)光管電流過大而易造成光耦損壞；
[0005]2)在其最大輸入電壓時,光稱發(fā)光管電流大,會導致光稱壽命下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不支持寬壓輸入且光耦壽命短的缺陷，提供一種寬壓PLC輸入電路，包括恒流電路以及與所述恒流電路連接的光耦電路；其中:所述光耦電路的輸入側(cè)接入所述恒流電路、輸出側(cè)與PLC內(nèi)部處理電路連接；所述恒流電路與用于接收外部輸入脈沖信號的PLC信號輸入端口連接，并用于在外部輸入脈沖信號為正脈沖且電壓變化時保持光耦電路輸入側(cè)的電流穩(wěn)定。
[0007]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述光耦電路包括光耦，所述恒流電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻以及第一三極管和第二三極管；所述第三電阻的一端與所述光耦的第一輸入端連接，所述第三電阻的另一端與所述第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端分別與所述第一三極管的基極和第二三極管的集電極連接，所述第一三極管的集電極與所述光耦的第二輸入端連接，所述第一三極管的發(fā)射極分別與所述第二三極管的基極和所述第二電阻的一端連接，所述第二三極管的發(fā)射極與所述第二電阻的另一端均接地。
[0008]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述恒流電路還包括二極管，所述二極管的陽極與所述PLC信號輸入端口連接，所述二極管的陰極與所述第三電阻和所述光耦的第一輸入端的連接點連接。
[0009]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述二極管為低壓降肖特基二極管。[0010]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述恒流電路還包括與所述第三電阻并聯(lián)連接的電容。
[0011]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述第一三極管和所述第二三極管均為NPN型三極管。
[0012]在上述寬壓PLC輸入電路中，所述光耦電路還包括第四電阻，所述第四電阻的一端與PLC內(nèi)部邏輯電源連接，所述第四電阻的另一端與所述光耦的第一輸出端連接，所述光耦的第二輸出端接地。
[0013]實施本發(fā)明的寬壓PLC輸入電路，具有以下有益效果:在一定的輸入電壓范圍內(nèi)，光耦電流基本保持不變，從而實現(xiàn)寬壓輸入并有效地保護光耦最大電流，提高光耦的壽命。且在該PLC輸入電路中，光耦電流的值可以通過電阻R2來設(shè)定，因此適用于各種不同型號的光耦，并由于采用了恒流電路，只要在二極管Dl處串聯(lián)多個二極管，即可設(shè)置最低輸入電壓。此外，輸入偏置電阻Rl、R3中電阻R3并聯(lián)電容Cl，且R1〈〈R3，能夠加速三極管的導通，從而可以適用高速輸入的情形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0015]圖1是現(xiàn)有的PLC輸入電路的電路示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明寬壓PLC輸入電路實施例的示意圖；
[0017]圖3是圖2中寬壓PLC輸入電路的電路示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明寬壓PLC輸入電路實施例的光耦電流隨輸入電壓變化的曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0019]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020]如圖2所示，是本發(fā)明寬壓PLC輸入電路實施例的示意圖。在本實施例的PLC輸入電路中，包括恒流電路10以及光耦電路20。恒流電路10的輸入端與PLC信號輸入端口連接，該信號輸入端口用于接收外部輸入脈沖信號VI，恒流電路10的輸出端與光耦電路20的輸入端連接，光耦電路20的輸出端與PLC內(nèi)部處理電路30連接。恒流電路10用于在外部輸入脈沖信號Vl為正脈沖且電壓變化時保持光耦電流穩(wěn)定。光耦電路20包括光耦Ul及其負載電阻R4，電阻R4的一端與PLC內(nèi)部邏輯電源VDD (即PLC設(shè)備本身)連接，電阻R4的另一端與光耦Ul的第一輸出端連接。在外部輸入脈沖信號為正脈沖時，光耦導通，傳送給PLC內(nèi)部處理電路30 —個低電位，表不信號輸入端口有信號輸入。
[0021]本發(fā)明PLC輸入電路能夠?qū)崿F(xiàn)寬壓輸入，同時在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，通過恒流電路10可以使光耦電路輸入側(cè)的電流基本保持不變，即該PLC輸入電路的輸入電壓可以具備很大的范圍，提高了 PLC輸入的適用范圍，因此實現(xiàn)了寬壓輸入。
[0022]此外，PLC輸入電路為提高抗干擾能力，通過采用光耦Ul可以隔離外部輸入脈沖信號Vl與PLC內(nèi)部處理電路30的傳輸，因此，外部輸入脈沖信號通過恒流電路10驅(qū)動光耦的內(nèi)部發(fā)光二極管導通，被光耦的光電管接收，即可使外部輸入脈沖信號可靠傳輸。
[0023]如圖3所示，是圖2中寬壓PLC輸入電路的電路示意圖，其中，電阻R1、電阻R2、電阻R3以及三極管Ql和三極管Q2構(gòu)成針對光耦Ul中發(fā)光二極管的恒流電路10。電阻R3的一端與光耦Ul的第一輸入端連接，電阻R3的另一端與電阻Rl的一端連接，電阻Rl的另一端分別與三極管Ql的基極和三極管Q2的集電極連接，三極管Ql的集電極與光耦Ul的第二輸入端連接，三極管Ql的發(fā)射極分別與三極管Q2的基極和電阻R2的一端連接，三極管Q2的發(fā)射極與電阻R2的另一端均接地。
[0024]上述恒流電路10還包括二極管Dl，二極管Dl的陽極連接PLC信號輸入端口，接收外部輸入脈沖信號，二極管Dl的陰極與電阻R3和光耦Ul的第一輸入端的連接點連接。該二極管Dl為防反接二極管，優(yōu)選為低壓降肖特基二極管，因低壓降肖特基二極管導通電壓只需0.3V，而一般二極管的導通電壓為0.7V，因此選擇低壓降肖特基二極管能實現(xiàn)更寬的電壓輸入。此外，由于采用該恒流電路實現(xiàn)在PLC寬范圍電壓輸入時，也能保持光耦電流基本穩(wěn)定，可以在二極管Dl處串聯(lián)多個二極管，即可設(shè)置最低輸入電壓。
[0025]上述恒流電路10還包括與電阻R3并聯(lián)連接的電容Cl(相當于加速電容)，電阻Rl和R3構(gòu)成三極管Ql的偏置電阻，可以選擇較大值，只需令R1〈〈R3，在有脈沖輸入的情況下，可以加快電信號到達三極管Ql的基極，若輸入脈沖信號為正脈沖，則可以加速三極管Ql的導通，從而可以適用高速脈沖輸入的情形。
[0026]上述光f禹Ul包括第一輸入端和第二輸入端以及第一輸出端和第二輸出端,第一輸入端為光稱Ul中發(fā)光二極管的陽極,第二輸入端為光稱Ul中發(fā)光二極管的陰極,第一輸出端為光耦Ul中三極管的集電極，第二輸出端為光耦Ul中三極管的發(fā)射極。
[0027]現(xiàn)詳細介紹本發(fā)明寬壓PLC輸入電路的具體工作原理如下:
[0028]I)當PLC外部輸入脈沖信號Vl為正脈沖時，假設(shè)輸入電壓足夠高，三極管Ql和三極管Q2均處于正偏導通，令三極管Ql和三極管Q2導通時,三極管Ql的基極b與發(fā)射極e之間的電壓為Vbel (on),三極管Q2的基極b與發(fā)射極e之間的電壓為Vbe2 (on),以娃管為例，根據(jù)該電路可以得出三極管Q2的集電極與發(fā)射極之間的電壓
[0029]Vce2=Vbel (on)+Vbe2 (on) ^ 1.2V>Vce2(sat)=0.3V;
[0030]其中，Vce2(sat)為三極管Q2集電極與發(fā)射極間的飽和導通電壓，因此得知三極管Q2工作在線性區(qū)即放大區(qū)。
[0031]而三極管Ql的集電極c與發(fā)射極e間的電壓
[0032]Vcel=Vin-Vdl(on)-Vled-Vbe2(on)；
[0033]其中，Vin為PLC外部輸入脈沖信號Vl的電壓幅值，Vdl (on)為二極管Dl的導通電壓，Vled為光耦Ul中發(fā)光二極管的導通電壓，因此要求VceDVcel (sat)，即三極管Ql的集電極c與發(fā)射極e間的電壓Vcel大于三極管Ql集電極與發(fā)射極間的飽和導通電壓，只需規(guī)定PLC外部輸入脈沖信號Vl幅值即可實現(xiàn)三極管Ql工作在線性區(qū)。
[0034]2)三極管Ql和三極管Q2均工作在線性區(qū)時，則Icl ^ ^1Ibl, Ic2 ^ P2Ib2，其中，Ibl和Icl分別為三極管Ql的基極電流和集電極電流，Ib2和Ic2分別為三極管Q2的基極電流和集電極電流，而^和β2分別為三極管Ql和Q2的電流放大倍數(shù)，一般在30倍以上，因此可以得出Ibl〈〈Icl，Ib2〈〈Ic2。
[0035]而電阻R2上的電流
[0036]IR2=Vbe2 (on) /R2=Iel_Ib2，得到
[0037]Iel=IR2+Ib2 ；[0038]其中，Iel為三極管Ql的發(fā)射極電流；
[0039]光耦電流即光耦Ul中流過發(fā)光二極管的電流
[0040]Iled=Icl=Iel-1bl,代入 Iel 得到
[0041]Iled=IR2-1bl+Ib2 ；
[0042]而三極管Ql的基極電流Ibl和三極管Q2的基極電流Ib2均很小，因此可以忽略，即 Iled=IR2=Vbe2(on)/R2。
[0043]三極管Q2導通時其基極與發(fā)射極間的電壓Vbe2 (on) 一般為定值，例如硅管，大約為0.6V。因此光耦電流值不受PLC外部輸入脈沖信號的電壓幅值Vin影響，為恒定值，即使輸入電壓在寬范圍內(nèi)變化，光耦電流值基本保持不變，因此實現(xiàn)了寬壓輸入。且因光耦電流只與電阻R2的阻值有關(guān)，因此可以通過設(shè)置電阻R2的阻值，從而適用于不同型號的光耦。
[0044]此外電阻Rl和電阻R3為三極管偏置電阻，可以選擇較大值，令R1〈〈R3，并在電阻R3上并聯(lián)電容Cl (加速電容)，因此在有脈沖信號輸入的情況下，可以加快電信號到達三極管Ql的基極，若外部輸入脈沖信號為正脈沖，則可以加速三極管Ql和Q2的導通，從而適用于高速輸入的情形。
[0045]如圖3所示，為本發(fā)明寬壓PLC輸入電路實施例中光耦電流Iled隨PLC外部輸入脈沖信號的電壓幅值即輸入電壓Vin變化的曲線圖，結(jié)合圖3所示的電路示意圖，在本實施例中設(shè)置相關(guān)參數(shù)如下:R1=1KQ，R2=200 Ω , R3=30KQ，光耦Ul的導通電流Iled(on)>2mA，二極管Dl的導通電壓為0.3V，光耦導通電壓為1.4V, Vbe2 (on) ≈ 0.6V，加速電容Cl=1000pf，經(jīng)過仿真以及實際測試數(shù)據(jù)得出如圖3所示的曲線圖，從圖中可知在輸入電壓Vin為5V時光耦開始導通，導通電流為2.24mA,輸入電壓持續(xù)升高到40V時，光耦電流為2.9mA。因此，在輸入電壓從5V至40V相差8倍的電壓變化情況下，光耦電流只變化了 2.9/2.24=1.2倍，顯然本發(fā)明寬壓PLC輸入電路有效的保護了光耦發(fā)光二極管的最大電流，同時也提高了光耦的壽命，實現(xiàn)了光耦電流隨著輸入電壓的升高而變化很小。
[0046]實施本發(fā)明寬壓PLC輸入電路，能夠在一定的輸入電壓范圍內(nèi)，光耦電流基本保護不變，從而實現(xiàn)寬壓輸入并有效地保護光耦最大電流，提高光耦的壽命。而且光耦電流的值可以通過電阻R2來設(shè)定，可以適用于各種不同型號的光耦，同于由于采用了恒流電路，只要在二極管Dl處串聯(lián)多個二極管，即可設(shè)置最低輸入電壓，輸入偏置電阻Rl、R3中電阻R3并聯(lián)電容Cl，且R1〈〈R3，能夠加速三極管的導通，從而可以適用高速輸入的情形。
[0047]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬壓PLC輸入電路，其特征在于，包括恒流電路(10)以及與所述恒流電路(10)連接的光耦電路(20);其中:所述光耦電路(20)的輸入側(cè)接入所述恒流電路(10)、輸出側(cè)與PLC內(nèi)部處理電路(30)連接；所述恒流電路(10)與用于接收外部輸入脈沖信號的PLC信號輸入端口連接，并用于在外部輸入脈沖信號為正脈沖且電壓變化時保持光稱電路輸入側(cè)的電流穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬壓PLC輸入電路，其特征在于，所述光耦電路(20)包括光耦(Ul)，所述恒流電路(10)包括第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)以及第一三極管(Ql)和第二三極管(Q2);所述第三電阻(R3)的一端與所述光耦(Ul)的第一輸入端連接，所述第三電阻(R3)的另一端與所述第一電阻(Rl)的一端連接，所述第一電阻(Rl)的另一端分別與所述第一三極管(Ql)的基極和第二三極管(Q2)的集電極連接，所述第一三極管(Ql)的集電極與所述光耦(Ul)的第二輸入端連接，所述第一三極管(Ql)的發(fā)射極分別與所述第二三極管(Q2)的基極和所述第二電阻(R2)的一端連接，所述第二三極管(Q2)的發(fā)射極與所述第二電阻(R2)的另一端均接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLC輸入電路，其特征在于，所述恒流電路(10)還包括二極管(D1)，所述二極管(Dl)的陽極與所述PLC信號輸入端口連接，所述二極管(Dl)的陰極與所述第三電阻(R3)和所述光耦(Ul)的第一輸入端的連接點連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PLC輸入電路，其特征在于，所述二極管(Dl)為低壓降肖特基二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLC輸入電路，其特征在于，所述恒流電路(10)還包括與所述第三電阻(R3)并聯(lián)連接的電容(Cl)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLC輸入電路，其特征在于，所述第一三極管(Ql)和所述第二三極管(Q2)均為NPN型三極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLC輸入電路，其特征在于，所述光耦電路(20)還包括第四電阻(R4)，所述第四電阻(R4)的一端與PLC內(nèi)部邏輯電源連接，所述第四電阻(R4)的另一端與所述光耦(Ul)的第一輸出端連接，所述光耦(Ul)的第二輸出端接地。
【文檔編號】G05B19/05GK103885381SQ201410101517
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】謝志杰 申請人:深圳市匯川控制技術(shù)有限公司