一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的方法及電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的方法及電路，其中方法包括步驟：計(jì)算啟動(dòng)電流、串接限流控制電路、檢測(cè)輸入電流大小以及限定輸入電流為啟動(dòng)電流；電路包括串接在光電隔離輸入采集電路的輸入端的限流控制電路，限流控制電路的限流電流值等于光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流，限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流不大于啟動(dòng)電流。本發(fā)明能夠有效降低光電隔離輸入采集功耗達(dá)35％至70％，而且設(shè)計(jì)成本也較低，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的方法及電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低功耗的方法及電路，尤其是一種用于降低光電隔離輸入采集 電路功耗的方法及電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)二次設(shè)備需要對(duì)一次設(shè)備中的電力開(kāi)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行采集，采集的方 法通常采用光電隔離輸入電路將開(kāi)關(guān)量經(jīng)電氣隔離轉(zhuǎn)化為二次設(shè)備所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。 為了高可靠性（尤其是高壓保護(hù)設(shè)備），通常用本設(shè)備的直流供電電源作為開(kāi)關(guān)量的輸入 電源（我國(guó)電力系統(tǒng)二次設(shè)備的供電電源大多為220V直流），對(duì)于有些二次設(shè)備所采集 的數(shù)量可達(dá)100-200個(gè)點(diǎn)，假設(shè)每路額定電流為2mA，則功耗達(dá)44-88W，這對(duì)于靠自然散熱 (電力系統(tǒng)的要求）的設(shè)備而言是極為不利的。
[0003] 依據(jù)電力系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)量采集的要求，啟動(dòng)電壓要小于70%的額定電壓，返回電壓 要大于55%的額定電壓，故廠家一般采用62. 5%的額定電壓作為啟動(dòng)和返回的零界點(diǎn)。為 了保證在零界點(diǎn)上光耦的可靠導(dǎo)通，必須要在采集回路中維持一定的電流，即為啟動(dòng)電流， 而在達(dá)到額定電壓時(shí)電流至少可達(dá)1. 6倍的啟動(dòng)電流，電流增加了至少60%，即功耗也就 增加了至少60%，這個(gè)對(duì)設(shè)備的散熱是不利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的光電隔離輸入采集電路在輸入電壓超過(guò)啟動(dòng) 電壓繼續(xù)增大時(shí)，輸入電流也隨之增大，從而造成光電隔離輸入采集電路的功耗也隨之增 大。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的方 法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，確定光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電壓，再根據(jù)啟動(dòng)電壓計(jì)算出啟動(dòng)電 流；
[0007] 步驟2，在光電隔離輸入采集電路的輸入端串接限流控制電路，設(shè)定限流控制電路 的限流電流值等于光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流；
[0008] 步驟3,限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸入電流大??；
[0009] 步驟4,限流控制電路判斷光電隔離輸入采集電路的輸入電流是否達(dá)到啟動(dòng)電流， 若輸入電流達(dá)到啟動(dòng)電流大小，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流為 啟動(dòng)電流大小，使光電隔離輸入采集電路保持啟動(dòng)電流的工作狀態(tài)。
[0010] 采用限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸入電流，若輸入電流達(dá)到 啟動(dòng)電流，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流為啟動(dòng)電流大小，從而 有效防止輸入電流隨著輸入電壓的增大而增大，實(shí)現(xiàn)降低光電隔離輸入采集電路功耗的目 的。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路，包括串接在光電隔 離輸入采集電路的輸入端的限流控制電路，限流控制電路的限流電流值等于光電隔離輸入 采集電路的啟動(dòng)電流，限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流不大于啟動(dòng)電 流。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，限流控制電路包括三端可調(diào)恒流元件和調(diào)節(jié)電 阻，三端可調(diào)恒流元件的輸入端和輸出端按電流正方向串接在光電隔離輸入采集電路的輸 入端，調(diào)節(jié)電阻的兩端分別與三端可調(diào)恒流元件的調(diào)節(jié)端和輸出端相連，調(diào)節(jié)電阻的阻值 與三端可調(diào)恒流元件的限流電流值相對(duì)應(yīng)?？蓪?duì)調(diào)節(jié)電阻的阻值進(jìn)行設(shè)定，從而滿足不同 光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流要求。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，限流控制電路的輸入端還串接了一個(gè)或多個(gè)同樣 的限流控制電路。采用兩個(gè)或多個(gè)相同的限流控制電路串接在光電隔離輸入采集電路的輸 入端，能夠有效增強(qiáng)輸入的額定電壓較大時(shí)的限流效果，提高前向耐壓性。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，限流控制電路還包括一個(gè)穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極 管的正極與三端可調(diào)恒流元件的輸出端相連，穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與三端可調(diào)恒流元件的輸 入端相連。采用穩(wěn)壓二極管能夠?qū)θ丝烧{(diào)恒流元件進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：采用限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸 入電流，若輸入電壓大于等于啟動(dòng)電壓，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸 入電流為啟動(dòng)電流大小，從而有效防止輸入電流隨著輸入電壓的增大而增大，實(shí)現(xiàn)降低光 電隔離輸入采集電路功耗的目的。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明的雙限流電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4為一種前端輸入采集回來(lái)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5為另一種前端輸入采集回來(lái)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明的降低光電隔離輸入采集電路功耗的方法，包括以下步驟：
[0022] 步驟1，確定光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電壓，再根據(jù)啟動(dòng)電壓計(jì)算出啟動(dòng)電 流；
[0023] 步驟2，在光電隔離輸入采集電路的輸入端串接限流控制電路，設(shè)定限流控制電路 的限流電流值I SET等于光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流；
[0024] 步驟3,限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸入電流的大??；
[0025] 步驟4,限流控制電路判斷光電隔離輸入采集電路的輸入電流是否達(dá)到啟動(dòng)電流， 若輸入電流達(dá)到啟動(dòng)電流大小，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流為 啟動(dòng)電流大小，使光電隔離輸入采集電路保持啟動(dòng)電流的工作狀態(tài)。
[0026] 采用限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸入電流，若輸入電壓大于 等于啟動(dòng)電壓，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流為啟動(dòng)電流大小， 從而有效防止輸入電流隨著輸入電壓的增大而增大，實(shí)現(xiàn)降低光電隔離輸入采集電路功耗 的目的。
[0027] 如圖2所示，本發(fā)明的降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路包括串接在光電隔 離輸入采集電路的輸入端的限流控制電路，限流控制電路的限流電流值I SET等于光電隔離 輸入采集電路的啟動(dòng)電流，限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流不大于啟 動(dòng)電流。
[0028] 其中，限流控制電路包括三端可調(diào)恒流元件和調(diào)節(jié)電阻RSET，三端可調(diào)恒流元件的 輸入端和輸出端按電流正方向串接在光電隔離輸入米集電路的輸入端，可以米用LM134作 為三端可調(diào)恒流元件，調(diào)節(jié)電阻R SET的兩端分別與三端可調(diào)恒流元件的調(diào)節(jié)端和輸出端相 連，調(diào)節(jié)電阻RSET的阻值與三端可調(diào)恒流元件的限流電流值I SET相對(duì)應(yīng)，若以LM134作為三 端可調(diào)恒流元件，則RSET = 67. 7/ISET (RSET單位為Κ Ω，ISET單位為mA)?？蓪?duì)調(diào)節(jié)電阻RSET的 阻值進(jìn)行設(shè)定，從而滿足不同光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流要求。
[0029] 如圖3所示，為了進(jìn)一步提高電路的前向耐壓性，限流控制電路的輸入端還串接 了一個(gè)同樣的限流控制電路。采用兩個(gè)相同的限流控制電路串接在光電隔離輸入采集電路 的輸入端，能夠有效增強(qiáng)輸入的額定電壓較大時(shí)的限流效果，提高了 +Vin至Vinl的前向耐 壓性。
[0030] 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)三端可調(diào)恒流元件進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，限流控制電路還包括一個(gè)穩(wěn)壓二極 管D1，穩(wěn)壓二極管D1的正極與三端可調(diào)恒流元件的輸出端相連，穩(wěn)壓二極管D1的負(fù)極與三 端可調(diào)恒流元件的輸入端相連。對(duì)于LM134(前向耐壓為40V)作為三端可調(diào)恒流元件的電 路而言，穩(wěn)壓二極管D1的穩(wěn)壓值可選為36V。采用穩(wěn)壓二極管D1能夠?qū)θ丝烧{(diào)恒流元件 進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。
[0031] 如圖2-5所示，現(xiàn)有的光電隔離輸入采集電路一般由前端輸入采集回路和光電隔 離器組成。其中，前端輸入采集回路一般有兩種典型電路，如圖4所示，一種前端輸入采集 回路由電阻R1和穩(wěn)壓二極管D2串聯(lián)構(gòu)成，該電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但功耗比較大，在該電路 的輸入端串接限流控制電路后，可使功耗在額定電壓輸入時(shí)降低至少70% ;如圖5所示， 另一種，前端輸入采集回路由電阻R1、電阻R2和穩(wěn)壓二極管D2組成，電阻R1的一端連接 +Vin，另一端分別與電阻R2的一端以及穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極相連，電阻R2的另一端再 與-Vin相連，在該電路的輸入端串接限流控制電路后，可使功耗降低至少35%。
[0032] 本發(fā)明的降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路在工作時(shí)，設(shè)定限流控制電路包 括以LM134作為三端可調(diào)恒流元件和以R SET作為調(diào)節(jié)電阻，將該限流控制電路串接到光電 隔離輸入采集電路的輸入端時(shí)，其輸入電流仍然受控于外部的輸入電壓。當(dāng)外部的輸入電 壓提高時(shí)，輸入電流也相應(yīng)的提高，一旦達(dá)到限流控制電路設(shè)定的I SET時(shí)，即光電隔離輸入 采集電路的啟動(dòng)電流，電流將不再繼續(xù)隨外部輸入電壓的提高而提高，起到限流的作用；當(dāng) 外部的輸入電壓達(dá)到或超過(guò)啟動(dòng)電壓（實(shí)際的啟動(dòng)電壓要比原電路的啟動(dòng)電壓略高約IV， 對(duì)于高的啟動(dòng)電壓048V))運(yùn)用而言，此對(duì)啟動(dòng)電壓的變化影響較小，可忽略）時(shí)，限流控 制電路將發(fā)揮作用，限制電流在啟動(dòng)電流上，并維持啟動(dòng)狀態(tài)直至外部的輸入電壓減少到 低于啟動(dòng)電壓時(shí)。
[0033] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原 理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn) 都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界 定。
【權(quán)利要求】
1. 一種降低光電隔離輸入采集電路功耗的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，確定光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電壓，再根據(jù)啟動(dòng)電壓計(jì)算出啟動(dòng)電流； 步驟2,在光電隔離輸入采集電路的輸入端串接限流控制電路，設(shè)定限流控制電路的限 流電流值等于光電隔離輸入采集電路的啟動(dòng)電流； 步驟3,限流控制電路實(shí)時(shí)檢測(cè)光電隔離輸入采集電路的輸入電流大??； 步驟4,限流控制電路判斷光電隔離輸入采集電路的輸入電流是否達(dá)到啟動(dòng)電流，若輸 入電流達(dá)到啟動(dòng)電流大小，則限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流為啟動(dòng) 電流大小，使光電隔離輸入采集電路保持啟動(dòng)電流的工作狀態(tài)。
2. -種降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路，其特征在于，包括串接在光電隔離輸 入采集電路的輸入端的限流控制電路，所述限流控制電路的限流電流值等于光電隔離輸入 采集電路的啟動(dòng)電流，所述限流控制電路限定光電隔離輸入采集電路的輸入電流不大于啟 動(dòng)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路，其特征在于，所述 限流控制電路包括三端可調(diào)恒流元件和調(diào)節(jié)電阻，所述三端可調(diào)恒流元件的輸入端和輸出 端按電流正方向串接在光電隔離輸入采集電路的輸入端，所述調(diào)節(jié)電阻的兩端分別與三端 可調(diào)恒流元件的調(diào)節(jié)端和輸出端相連，所述調(diào)節(jié)電阻的阻值與三端可調(diào)恒流元件的限流電 流值相對(duì)應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路，其特征在于，所述 限流控制電路的輸入端還串接了 一個(gè)或多個(gè)同樣的限流控制電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的降低光電隔離輸入采集電路功耗的電路，其特征在于，所述 限流控制電路還包括一個(gè)穩(wěn)壓二極管，所述穩(wěn)壓二極管的正極與三端可調(diào)恒流元件的輸出 端相連，所述穩(wěn)壓二極管的負(fù)極與三端可調(diào)恒流元件的輸入端相連。
【文檔編號(hào)】H03K19/00GK104065369SQ201410326968
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】張廣明, 劉涅煊, 梅磊, 歐陽(yáng)慧珉, 鄧歆 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)