专利名称：：防止失控的通用控制电路的制作方法
技术领域：
：本实用新型属于利用模拟集成电路运算放大器(或电压比较器)作为核心器件，以巧妙的连接方式简单构成防止失控的通用控制电路。其原理是内部保控电路采用反馈和低或反方式，对超限位控制(主控)电路或对后级反相驱动电路进行监控。从而使其具有独特重要功能当输入传感电路发生异常故障(如NtC断线)时，能及时进行保护控制(保控)和故障显示(保显)，防止主控电路失控。应用在温度、压力、水位等控制电路中，能提高安全性能，避免严重事故(如火灾)发生。又由于成本极低(8引脚封装可容纳两个或三个单元电路，且外电路简单)，因此，本实用新型在小家电及简易控制电路等电子应用领域用途更广，且使产品性/价比更高。
背景技术：
：为了核实本实用新型的新颖性，设计人査阅了大量相关技术资料(专业书籍、报刊)，检索了相关专利文献。都只有发现完成超限位控制(主控)功能的电路较多(555时基电路就是经典代表)，从未发现涉及对异常故障进行监测、对主控电路进行监控(保护控制)、防止异常失控的相关技术资料。目前，在电子应用领域得到广泛应用的经典式555时基电路，作为最基础的通用性功能器件，备受电子应用专业设计人员和电子爱好者的青睐，而且现已得到学术界的普通认可，很多大学电子专业《数字电路》教科书，已将555时基电路列入某个章节，对其内部结构和原理作深入细致理论分析。经典式555时基电路虽然通用性强，用途广泛。但只有单一的主控(超限位控制)功能，内部结构较复杂，大致由分压器、比较器、R-S触发器、反相驱动器、放电开关等五个部分组成。引出脚位8只，若是CM0S型555电路，还要多两个反相器(一个用于复位，另一个设在R-S触发器Q端和驱动器之间)。其原理是分压器设置上限和下限，比较器将输入电位与上限作比较，若输入电位超出上限和下限电位，两比较器分别触发R-S触发器的R端或S端，Q端输出相应电平经驱动器输出控制负载，这个控制过程和原理，仅仅只能完成超限位控制功能，完全没有故障保护控制功能，是空白项，另外在性能上存在不佳之处，复位端MR(第4脚)复位电位设置不当，且离散性太大，又不能与输入电位作比较。控制端VC(第5脚)只能外调上限，下限内置固定，VC对电容必不可少。
发明内容本实用新型的目的就是设计一种异常故障时，对主控(超限位控制)电路有监控(保护控制)功能的通用电路模块。解决现有简易超限位控制电路经常因异常故障而失控的技术问题，提高其在温度、压力、水位等控制场所的安全系数。为小家电、简易控制电器等电子应用领域的设计人员设计出性/价比更高的产品而提供方便。为达到上述目的，本实用新型采用了如下技术方案本控制电路由运算放大器或电压比较器Al、A2、A6为主件构成的第一单元电路和由运算放大器或电压比较器A3、A4、A5为主体构成的第二单元电路组成。其构造是运算放大器Al与二极管D3、电阻Rl4、Rl5组成双稳态触发器作为保护控制电路，其输出端作为本单元的保护显示输出端(Vei);运算放大器A2与电阻Rl2、Rl6、Rl7、Rl8、Rl9组成施密特触发器，作为超限位控制电路，其输出端(Voi)经运算放大器Ae反相驱动后，作为本单元电路的输出端(Ql);运算放大器Ai的反相输入端一和运算放大器A2的正相输入端+并联后，作为本单元电路的输入端(Vii)，反馈二极管D3正极接(Vii)端，负极接显示输出端(Vel);运算放大器A3和电阻R26、R27、R22、Rl8、Rl9组成施密特触发器，作为超限位控制电路，其输出端(Vz)经二极管D4隔离后，控制运算放大器A5的反相—输入端(VF);运算放大器A4与电阻R24、R25、R29组成回差很小的施密特触发器，作为保控监控电路，其输出端作为本单元电路的保护控制和显示输出端(Ve2);运算放大器A3的正相+输入端和运算放大器A4的反相一输入端直接并联，作为本单元电路的输入端(Vi2);电阻R28和二极管D4组成"低或反门"逻辑关系，运算放大器A4在异常故障时，对运算放大器A5有优先监控权；电阻R24和电阻R25的分压点Vp设置运算放大器A4的保控底限电位，电阻R29设置运算放大器A4的触发回差。这是其一。其次，运算放大器Al的输出端(Vel)和运算放大器Al的正相+输入端直接并联反馈，电阻Rl4串接电阻Rl5的分压点也与输出端(Vel)相连接，电阻Rl5的另一端接电路地端(GND)，电阻Ri4的另一端接电源正极V+;限控电路运算放大器A2的正反馈电阻Ri6串接在输入端(Vii)与运算放大器A2输出端(Voi)之间，电阻R12串接在输入端(Vii)与由Rii、Ntci和Rio组成的电位器的分压点(tVu)之间，电阻Ri2和电阻Ri6的阻值之比设定运算放大器A2的上限和下限电位；电阻Rl8串电阻Rl9的分压点(Vm)为运算放大器A2的反相一输入端设置约1/2V+基准电位。第三，运算放大器A3的输出端(Vz)与其正相+输入端(Vi2)之间，设有正反馈电阻R26，在输入端(Vi2)与分压点(tVi2)之间串有电阻R22，电阻R22串电阻R26的分压比设定运算放大器A3的上限和下限电位；电阻Rl8串电阻Rl9的分压点(Vm)为运算放大器A3的反相一输入端和运算放大器A5的正相+输入端，设置约1/2V+基准工作电位。有益效果-综上所述显而易见，本实用新型占有明显技术优势，产生有益效果也多，扩展了功能，提高了性能，填补了空白，拓广了用途，简化了结构，方便了应用，节省了资源，降低了成本。具体地讲，主要区别和技术进步优势如下1.本实用新型电路原理新颖，结构简单，与555电路的原理、结构完全不同。2.本实用新型对主控(超限位控制)电路的监控(故障保护控制和显示)功能是独特的，填补了现有相近技术(555电路)的空白，解决了现有相近技术因故障而失控的技术问题。提高了应用的安全性能，具有重要的实用价值。3.本实用新型的主控功能完全兼容现有相近技术(555时基电路)的所有功能。通用性强。4.本实用新型的监控功能，可直接用来作复位功能，无需另外专设复位功能引脚，节省了引脚资源，而555电路就是专设复位功能引脚，且其复位功能不是用来保护控制之用(因离散性太大)，若强行巧借复位作为保控之用，其性能极差，不能用于产品。5.本实用新型的性能优越，保控电路在触发动作时，无临界振荡现象。6.应用本实用新型设计的产品性/价比更高。是由于电路的限位设置、触发输入、故障监测、脉冲复位，都可共用l个输入端完成，外调限位，只需改变输入串联电阻即可。若取消保护显示功能，则各单元电路，可实现一个输入和一个输出的电简形式。这个特征的有益效果是引脚资源节省到极限(8引脚封装，可容纳3个独立单元，这是555电路无法做到的)。给应用设计带来极大简便，客户成本更低，所以，用本实用新型设计的电子产品性/价比更高。附图为防止失控的通用控制电路附图中虚线框内电路作为模块内电路是本实用新型的实质性部分。虚线框外电路作模块外围应用电路。虚线框边界处内外电路连线接口(端口)作为模块电路各功能引脚(端口)如V+和V-分别为模块电路的电源正极和负极引脚(电路接地端(GND);其余功能引脚(端口)为各单元的输入和输出引脚(端口)，将在后面详细介绍。附图电路模块内有两个独立单元电路。结构和原理大同小异，属于同一个构思。附图电路模块中"A1A6"代表6个模拟集成运算放大器，也(或)等效代表6个模拟集成电压比较器。因为在本电路系统中，用运算放大器或电压比较器是等效的。具体实施方式现结合附图电路模块外围应用电路(超温控制)实例，分别作详细说明如下:附图中第一单元应用于温度控制。电路结构模块内电路，由运算放大器(或电压比较器)Ai、A2、A6和电阻Ri4Ri9、及二极管D3组成。Ai作为保护电路，A2为限控电路，A6作为反相驱动输出级电路。模块外应用电路，由Rio、Rii、Ri2和Ntcl(负温度系数热敏电阻)组成温度检测传感电路，与输入端Vii相连。负载电路简单，直接在模块电路输出端Voi串接继电器Ki至电源V+与(Ki并联的二极管Di作用是消除Ki断电时反电势)。保护显示电路也简单，直接在输出端Vei上连接LEDl负极，再串Ri3后接于电源V+。第一单元电路连接方式，如附图所示Ntcl—端接电阻RiG，Rio另一端与电源负极V-(电路接地端GND)相连接，Ntcl另一端串接电阻Rii，Rii另一端与电源正极V+相连。电位变化反映温度变化。电阻Ri2串接于Vii与tVii之间。电阻Ri6是A2的正反馈电阻，接于Vii与V。i之间，电阻Rl2与Ri6的分压比(阻值之比)设定A2的上限和下限电位。电阻Rl7是A2的上拉电阻(所以A2既可用运算放大器，也可用电压比较器代替)。A2的输出端(V。1)直接与Ae的反相(一)输入端相连，A6的输出端Qi直接连接继电器Ki和二极管Di正极。电阻Ri8串Ri9后跨接于电源两端，Ri8、Ri9连接点(分压点Vm)为A2反相(一)输入端和Ae正相(+)输入端，提供正常工作所需的基准电压(约l/2V+)。电阻Ri4和Ri5串联，Ri4的另一端接电源正极V+，Ri5的另一端接地(GND)Rl4串Rl5的分压点(Vel)为Ai的正相(+)输入端提供保护底限电位(略小于V+)。Ai的正相(+)输入端和Ai的输出端直接相连接，连接点作为保护显示输出端(Vei)，Vei接发光二极管LEDl负极、LEDl正极经限流电阻Ri3后接电源正极(V+)。二极管D3正极接Vil、D3负极接Vel。电路原理电路上电之初，Ntcl在低温时阻值较大，虽然将tVil和Vil电位抬升很高。超出A2下限电位，但仍然低于Vel电位，因电阻Rl5串Rl4的分压点电位极高(接近V+)，使Vel〉Vil，所以，保控电路Al输出端Vel输出高电位，又经直接正反馈作用，Al被高电位自锁，处于一种稳定状态(即守备状态)，由于D3的隔离作用，Vel高电位对A2不起触发作用，这时负载电路完全由A2作超限位控制。由上述可知，上电后，tVil电位较高，超出A2下限电位，使Vii>Vm(约1/2V+)，A2被触发将V。i置于高电位，经Ae反相驱动后，Qi输出低电位，直接驱动继电器Ki线圈通电吸合，接通发热器电源升温，随温度上升，Ntcl阻值变小，tVii和Vii电位降低，当tVii电位下降超出上限后，ViKVm时，A2触发翻转，V。i输出低电位，经Ae反相后，Q输出高电位，继电器Ki线圈断电(反电势由Di消除)释放，关断发热器电源，开始降温。Ntcl随温度下降阻值越大，tVii和Vii电位又被升高，当tVii电位超出下限时，Vii〉Vm，A2又被触发翻转，V。i又输出高电位，经Ae反相，Qi输出低电位，继电器Ki又通电吸合，发热器又通电升温进入下一循环。循环过程中，保控电路Al的输出端Vel始终为高电位，处于守备状态。当温度检测(传感)电路发生异常故障(如Ntcl开路、或Rii短路、或Ri2开路、或Vii悬空)时，tVii电位极高，Vii电位高于Vel，保控电路Ai被触发，Vei输出低电位，保显电路LED1发光管发光，显示由守备状态转为保控状态，Vel低电位经二极管D3反馈至Vii端，使极高的故障信号在Ri2上反相为低电位，Vii<Vm，A2被强制触发为保护状态，使V。i输出低电位，经A6反相，Qi输出高电位，继电器Ki断电，Ki触点放开，关断发热器电源停止加热，保证安全。说明，在故障时，保控电路Ai对限控电路A2及其反相驱动电路Ae有优先控制权(有监控功能)。可见，如果没有保护控制，A2和A6在异常故障时失控，仍然让发热器继续长期通电发热。保控电路Ai回差非常大，接近电源V+和V-，所以，第一单元保控电路Ai属双稳态自锁型。Ai进入保控状态后，需断电排除故障，再上电时，电路才能返回守备状态。若在不断电情况下，排除故障后，需在Vii端输入负脉冲，保控电路Ai才能返回守备状态。9第一单元电路的输入/输出特性及逻辑关系，详见其真值表(表l)。第二单元电路应用于温度控制。电路构成模块内电路由运算放大器(或电压比较器)A3、A4、A5和电阻R24R29及二极管D4组成。A3作为限控电路，A4作为保控电路，A5作为反相驱动输出级电路。模块外应用电路由负温度系数热敏电阻Ntc2串联定值电阻R20、R21组成温度检测电路，经串联电阻R22与Vil相连，由发光二极管LED2串R23组成保护显示电路，负载电路直接由继电器K2并联二极管D2组成。第二单元电路连接方式，如附图电路中A3、A4、A5为主件的系统(单元)电路所示Ntc2—端经串联电阻R21后接电源正极(V+)，Ntc2另一端经串联电阻R20接电源负极V-(电路接地端GND)，Ntc与R2i连接点(tVi2)就是随温度变化的电位点，电阻R22串接在tVi2与本单元电路输入端Vi2之间，电阻R26是A3的正反馈电阻，R27作为A3的上拉电阻串接在A3的输出端Vz与电源正极V+之间(所以A3既可用运算放大器，也可以用电压比较等较代替)。二极管D4的负极接Vz，正极接A5的反相(一)输入端(Vf)，R28串接于VF和A4的输出端Ve2之间，R29是A4的正反馈电阻，A4的正相(+)输入端(Vp)连接有R24、R25和R29，R24的另一端接电源正极(V+)，R25的另一端接电源负极V-(电路地端GND)。发光二极管LED2正极串接R23电阻后接于电源正极(V+)，LED2负极接Ve2。反相驱动器A5输出端Q2接继电器K2，与K2并联的二极管D2正极接Q2，D2负极接电源正极V+，D2用于消除K2继电时的反电势。A5的正相(+)输入端与A3的反相(一)输入端相连，由电阻Rl8串Rl9的分压点Vm为其提供约1/2V+的基准工作电压。A3的正相(+)输入端和A4的反相(一)输入端都接于本单元输入端Vi2正反馈电阻R26与电阻R22的阻值之比，设定A3的上限电位和下限电位。正反馈电阻R29和R24、R25的阻值之比设定A4的触发底限和回差。电阻R28与二极管D4组成正与门(负或门)逻辑关系。10电路原理电路上电之初，Ntc低温时阻值较大，虽然将tVi2和Vi2电位抬升很高，但仍然低于A4的底限(Vp)电位，Sl3Vp〉Vi2，所以保控电路A4输出端(Ve2)输出高电位，LED2不发光，说明电路处于守备状态，Ve2高电位通过电阻R28输入给VF端为A5提供反相触发的工作电位条件。上电后，tVi2电位较高，超出A3的下限电位，使Vi2〉Vm(约等于1/2VO，A3被触发，将Vz端置于高电位，由于二极管D4与电阻R28组成正与门逻辑关系，Vz与Ve2同时为高电位时，VF与为高电位，VF〉Vm，A5反相输出端Q2为低电位，使继电器K2线圈通电吸合，K2触点接通发热器电源，开始升温。随温度上升，Ntc2阻值变小，tVi2和Vi2电位下降，当tVi2电位降到超出上限电位时，Vi2<Vm。A3被触发翻转，Vz为低电位，经D4的负或作用，VF也为低电位，VF<Vm。A5反相输出端Q2为高电位，使继电器K2线圈断电(断电时的反电势由D2消除)，触点释放，关断发热器电源，开始降温，Ntc2随温度下降，阻值变大，tVi2和Vi2电位又被升高，当tVi2电位超出下限时，Vi2电位大于Vm，A3又被触发，Vz输出高电位，VF也为高电位，经A5反相，Q2又输出低电位，又使继电器K2线圈通电吸合，接通发热器电源，开始升温，电路进入下一工作循环。正常循环过程中，保控电路A4终处于守备状态(Ve2为高电位)。当温度检测电路发生异常故障(如Ntc2断开，或R21短路，或R22开路，或Vi2悬空)时，tVi2电位极高，Vi2〉Vp，A4被触发翻转为保控状态，Ve2输出低电位，使LED2通过电流发光，显示故障，同时Ve2低电位经电阻R28将VF点电位也拉低(因A5输入阻抗极大，R28上压降非常微小)，使Vm〉VF，A5反相输出端Q2为高电位，继电器K2断电，关断发热器电源，保证安全。可见如果没有A4和R28的保控作用，A3和A5在异常故障时失控，会仍然让发热器继续长期通电发热。在不断电情况下，故障排除后，Vi2<Vp，A4由保控状态自动返回到守备状态，这是与第一单元电路的不同之处。第二单元电路的输入/输出特性及逻辑关系，详见其真值表(表2)。11第一单元电路逻辑真值表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>断电排除故障后，或在Vii端输入负脉冲，电路才能返回守备状态。第二单元电路逻辑真值表表2tVi2Vi2VzVfQ2Ve2电位电位电位电位电位电位高电位H超出下限但低于底限Vp(Vp略小于V+)Vi2〉VmVi2<Ve2Vra"l/2V+高电位H高电位H低电位L高电位H守备状态电位下降至下限和上限之间Vi2>VmVm"l/2V+H保持原态H保持原态保持原态H守备状态下降低于超出上限Vi2<Vm低电位L低电位L高电位H守备状态H回升至上限与下限之间Vi2<Vm保持原态L保持原态H保持原态H守备状态上升超出下限但低于VpVi2>Vm高电位H高电位H低电位L守备状态H异常故障Vi2"V+>Vp保控状态高电位H低电位L高电位H保控状态低电位保控状态故障消失电位超出Vi2>Vm低电位L高电位H下限但低于底限VpVi2<Vp高电位H高电压H自动返回自动返回(Vp略小于V+)返回守备状态守备状态守备状态1权利要求1、一种防止失控的通用控制电路，它由运算放大器或电压比较器A1、A2、A6为主件构成的第一单元电路和由运算放大器或电压比较器A3、A4、A5为主体构成的第二单元电路组成，其特征在于(1)运算放大器A1与二极管D3、电阻R14、R15组成双稳态触发器作为保护控制电路，其输出端作为本单元的保护显示输出端(Ve1)；(2)运算放大器A2与电阻R12、R16、R17、R18、R19组成施密特触发器，作为超限位控制电路，其输出端(V01)经运算放大器A6反相驱动后，作为本单元电路的输出端(Q1)；(3)运算放大器A1的反相输入端-和运算放大器A2的正相输入端+并联后，作为本单元电路的输入端(Vi1)，反馈二极管D3正极接(Vi1)端，负极接显示输出端(Ve1)；(4)运算放大器A3和电阻R26、R27、R22、R18、R19组成施密特触发器，作为超限位控制电路，其输出端(Vz)经二极管D4隔离后，控制运算放大器A5的反相-输入端(VF)；(5)运算放大器A4与电阻R24、R25、R29组成回差很小的施密特触发器，作为保控监控电路，其输出端作为本单元电路的保护控制和显示输出端(Ve2)；(6)运算放大器A3的正相+输入端和运算放大器A4的反相-输入端直接并联，作为本单元电路的输入端(Vi2)；(7)电阻R28和二极管D4组成“低或反门”逻辑关系，运算放大器A4在异常故障时，对运算放大器A5有优先监控权；(8)电阻R24和电阻R25的分压点Vp设置运算放大器A4的保控底限电位，电阻R29设置运算放大器A4的触发回差。2、根据权利要求1所述的防止失控的通用控制电路，其特征在于(1)运算放大器M的输出端(Vel)和运算放大器Ai的正相+输入端直接并联反馈，电阻Rl4串接电阻Rl5的分压点也与输出端(Vel)相连接，电阻Rl5的另一端接电路地端(GND)，电阻Ri4的另一端接电源正极V+;(2)限控电路运算放大器A2的正反馈电阻Ri6串接在输入端(Vii)与运算放大器A2输出端(Voi)之间，电阻Ri2串接在输入端(Vii)与由Rii、Ntci和Rio组成的电位器的分压点(tVu)之间，电阻Rl2和电阻Rl6的阻值之比设定运算放大器A2的上限和下限电位；(3)电阻Rl8串电阻Rl9的分压点(Vm)为运算放大器A2的反相一输入端设置约1/2V+基准电位。3、根据权利要求l所述的防止失控的通用控制电路，其特征在于(1)运算放大器A3的输出端(Vz)与其正相+输入端(Vi2)之间，设有正反馈电阻R26，在输入端(Vi2)与分压点(tVi2)之间串有电阻R22，电阻R22串电阻R26的分压比设定运算放大器A3的上限和下限电位；(2)电阻Rl8串电阻Rl9的分压点(Vm)为运算放大器A3的反相一输入端和运算放大器A5的正相+输入端，设置约1/2V+基准工作电位。专利摘要防止失控的通用控制电路属于利用模拟集成电路运算放大器作为核心器件，通过设计其连接方式构成控制电路的
技术领域：
。要解决的问题是使现有的简易超限位控制电路不因故障而失控，提高其安全性。方案是该电路一单元电路由运算放大器与二极管、电阻组成保护电路，其输出为保护显示输出端；两运算放大器并联端为输入端。另一单元电路亦由运算放大器与二极管、电阻组成超限位控制电路，其输出为保护显示输出端；两运算放大器并联端为输入端，电阻和二极组成逻辑关系；在电阻串接分压点处设保控底限电位和触发回差。因而解决了因故障而失控的问题，提高了对温度、压力、水位等控制的安全性。可作为小家电领域的监控保护器件。文档编号H02H5/04GK201413482SQ20082009569公开日2010年2月24日申请日期2008年7月22日优先权日2008年7月22日发明者(请求不公开姓名)申请人:刘少华