专利名称：全面反超极失控的限位计数定时控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种限位计数定时控制电子电路，尤其涉及一种确保主控(超上下限位控制或计数/定时控制)电路，在各种极端异常故障时反失控的全面反超极失控的限位计数定时控制电路。应用在温度、压力、水位、定时/计数控制电器中，能提高安全性能，避免使用时发生如火灾或爆炸之类严重事故。因此，本实用新型在小家电及简易限位控制、计数/定时控制、安全防护(包括核电安全保护控制)等应用领域用途广泛，且使电器产品性/价比高。
背景技术：
为了核实本实用新型的新颖性，本人查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，都只发现仅完成基本主控(超上下限位控制和计数/定时控制)功能的电路较多，如用555时基电路(1C)、通用/专用电路(1C)、单片机电路(IC)设 计的控制电路就是其经典代表，从未发现能对主控电路各种异常故障进行监测和监控(保护控制)、防止异常失控的相关功能和技术资料。就本人先前申请的三限位时基电路(申请号为200810048942. I)也仅在电路输入端设有初级的能对输入信号跌过底限故障进行监测和保护控制之功能。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遍认可，其结构和原理已成为大学电子专业《数字电路》教科书中的重要理论。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(超上下限位控制)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CMOS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和下限作比较，若输入电位超出上限或下限电位，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，仅仅只能完成超上下限位控制功能，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V。(第5脚)只能外调上限，下限内置固定，V。对地电容必不可少。由RC电路定时，时间短、误差大。放电端DIS作用很小，浪费引脚(端口)资源。另外，目前应用广泛的单片机电路(IC)内部硬件结构更复杂，成本更高，也未设置防失控的基本资源，用软件虽然能实现一部分防失控功能，但性能不佳，因而不能完善实现本实用新型所述的全面反超极失控功能。
发明内容本实用新型主要解决原有基本主控(超上下限位控制和计数/定时控制)电路经常因异常故障而失控，存在使用安全隐患的技术问题；提供一种能全面监测核心电路模块任何输入/输出/设置/控制/电源各端口发生的异常开路故障及其与电源两极短路、或相邻端口短路的极端异常故障，并具有全面防止输入端超越底限或顶限和输出端短路电流冲击以及电源掉电等等各种故障失控的全面反超极失控保护功能，防止主控电路失控，避免被控对象发生如火灾或压力爆炸等严重事故(如日本福岛核电站因地震造成故障失控而引起的超高温/高压爆炸之类毁灭性事故)，确保使用安全的全面反超极失控的限位计数定时控制电路。本实用新型同时解决原有实现RC定时控制的定时不准和定时时间短的技术问题；提供一种定时误差小和定时时间长的也能全面反超极失控的计数定时控制电路。本实用新型为解决上述技术问题，采用了下述技术措施和技术方案本实用新型由现有的传感或积分电路⑴、上限下限基准设置电路⑵、上限比较电路(3)、下限比较电路(4)、模式控制/保显/复位电路(5)、驱动执行电路(15)和新增设的超极保护电路出)、极限基准设置电路(7)、逻辑控制电路(8)、超极/越限触发电路(9)、 限控输出限流保护电路(10)、计时输出限流保护电路(11)、计数/定时电路(18)构成，其连接方式如下将传感或积分电路⑴的信号输出端与上限比较电路⑶、下限比较电路⑷的两个信号输入端和超极保护电路(6)中的两个信号输入端并接于同一点，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);上限比较电路(3)的上限设置端(Vh)连接上限下限基准设置电路
(2)的上限基准，下限比较电路⑷的下限设置端(V1)连接上限下限基准设置电路(2)的下限基准；超极保护电路(6)所需的底限基准电位由极限基准设置电路(7)中的底限(Vd)提供，超极保护电路(6)所需的顶限基准电位由极限基准设置电路(7)中的顶限(Vp)提供，超极保护电路(6)的控制输出端连接逻辑控制电路⑶的超极控制输入端；逻辑控制电路
(8)和模式控制/保显/复位电路(5)对应的双向端口由双向控制线(KSR)连接，模式控制/保显/复位电路(5)的输出端连接传感信号输入端(Vi),逻辑控制电路(8)的限流保护输入端(Vb)连接限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)的两个限流保护控制输出端(Vb)，逻辑控制电路⑶输出的保护控制线(LTH)连接超极/越限触发电路
(9)的超极触发输入端和计数/定时电路(18)的模式控制输入端，逻辑控制电路(8)的控门输出端(Vf)连接限控输出限流保护电路(10)中三态门控制端和计时输出限流保护电路中三态门控制端；超极/越限触发电路(9)的上、下限位触发输入端分别连接上限比较电路⑶和下限比较电路⑷的控制输出端，超极/越限触发电路(9)的输出端连接限控输出限流保护电路(10)的限控输入端；限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)的两个限流基准设置端连接上限下限基准设置电路⑵的下限基准(Vl)，计时输出限流保护电路(11)的时控输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路(2)中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(V。)连接限控输出限流保护电路(10)的限控输出端(V。)或输出端限流电阻的内端；限控输出限流保护电路(10)的限控输出端(V。)和计时输出限流保护电路(11)的计时输出端(Q)分别连接驱动执行电路(15)的两个驱动控制输入端，驱动执行电路(15)输出端串联控制继电器线圈工作电源，或直接将继电器线圈串联隔离二极管后分别连接在限控输出端(V。)和计时输出端(Q)，用继电器常开触点控制需断电降热/降压的电热式负载，继电器常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。当电路正常工作，输入端Vi电位在上限至下限之间波动变化时，超极保护电路(6)、逻辑控制电路⑶和限控输出限流保护电路(10)、计时输出限流保护电路(11)都处于防守状态，只有上限比较电路(3)、下限比较电路(4)的两个输出端交替触发超极/越限触发电路(9)在上限至下限之间进行正常循环翻转控制，经限控输出限流保护电路(10)循环推动驱动执行电路(15)接通或切断负载电源，而计数/定时电路(18)可按预设的某种控制模式经计时输出限流保护电路(11)对其负载进行自举(自备时钟信号)定时控制。当传感电路或核心电路模块的任何输入/输出/设置/控制/电源各端口发生的异常开路故障及其与电源两极短路、或相邻端口短路的极端异常故障，使输入端Vi电位超越两极(低于底限基准电位Vd或高于顶限基准电位Vp)，或电源掉电，启动超极保护电路 (6)，或使限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)产生限流保护动作，逻辑控制电路(8)反向控制超极/越限触发电路(9)，同时优先关闭限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)中的两个三态门，强迫驱动执行电路(15)切断电热负载供电、或启动降热降压装备工作，达到防止失控的目的，避免被控对象发生如火灾或高压爆炸等严重事故(如日本福岛核电站因地震造成故障失控而引起的超高温/高压爆炸之类毁灭性事故)。因此，本实用新型超越了 555时基电路、也与单片机电路不同，新增加的全面反超极失控保护功能，具有重要的实用价值和更广的用途。是一种确保电器设备使用安全的全面反超极失控的限位计数定时控制电路。本实用新型的技术优势和有益效果如下I、在完全兼容经典式555时基电路的所有功能之外，扩展了新的重要功能，即增加了全面反超极失控保护功能以及计数/定时功能，计数/定时电路的控制模式可多样化，可同时进行控温(或控制压力)和定时，更重要的是能可靠地全面防止各种极端异常故障(包括电源掉电故障)引起的失控，提高了安全性能，因而具有更重要的实用价值和更广泛的用途。2、扩展和提高了复位端的功能和性能，使计数/定时电路的控制模式多样化，并兼备故障保护显示功能和消除临振功能，还能改善NTC低温时的不良特性。3、可从核心电路模块外部灵活设置或调节其内部上下限基准电位和回差，可灵活适应不同特性的传感器，并使传感信号输入端(Vi)所接传感电路简化，方便应用。4、只有一个传感信号输入端,高低电位触发都有效,应用简便。5、由于超极/越限触发电路(9)，不采用RS触发器，而是采用施密特触发器，不用输入脉冲触发，而是用输入电位触发，因而抗脉冲干扰能力更强，还可省掉抗干扰电容。6、由核心电路模块的两个相位相反的输出端V。和Q串联控制驱动执行电路(11)，进一步提高了系统终端的反超极失控能力和安全性能。
图I是本实用新型的电路原理框图。[0023]图2是本实用新型实施例I的具体电路原理图。图3是本实用新型实施例2的具体电路原理图。图I中(I)为传感或积分电路，(2)为上限下限基准设置电路，⑶为上限比较电路，⑷为下限比较电路，(5)为模式控制/保显/复位电路，(6)为超极保护电路，(7)为极限基准设置电路，⑶为逻辑控制电路，O)为超极/越限触发电路，(10)为限控输出限流保护电路，(11)为计时输出限流保护电路，(15)为驱动执行电路，(18)为计数/定时电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。 实施例I和实施例2的电路原理框图，如图I所示，(I)为传感或积分电路，(2)为上限下限基准设置电路，⑶为上限比较电路，⑷为下限比较电路，(5)为模式控制/保显/复位电路，(6)为超极保护电路，(7)为极限基准设置电路，⑶为逻辑控制电路，(9)为超极/越限触发电路，(10)为限控输出限流保护电路，(11)为计时输出限流保护电路，(15)为驱动执行电路，(18)为计数/定时电路。实施例I :本实施例是作控温(或定时)电路应用的实例，其具体电路原理图，如图2所示，图中虚线框内为核心电路模块。所述的传感或积分电路(I)包括负温度系数热敏电阻Ntc21或可变电阻RP21和电阻R29或电容C21，所述的上限下限基准设置电路(2)包括电阻R211、R212、R213，所述的上限比较电路(3)为电压比较器B22，所述的下限比较电路(4)为电压比较器B23，所述的模式控制/保显/复位电路(5)包括发光二极管LED21和电阻R26、R27、R28、R218，所述的超极保护电路(6)包括底限电压比较器B21、二极管D22及顶限电压比较器B24，所述的极限基准设置电路(7)包括电阻R20、R21、R210，所述的逻辑控制电路⑶包括运算放大器A22、电阻R216和保护控制线(LTH)，所述的超极/越限触发电路(9)包括运算放大器八21和电阻1 22、1 23、1 24、1 25，所述的限控输出限流保护电路(10)包括电压比较器B25、三态门ST21、整流桥堆ZD21和限流/取样电阻IR21，所述的计时输出限流保护电路(11)包括电压比较器B26、三态门ST22、整流桥堆ZD22和限流/取样电阻IR22，所述的驱动执行电路(15)包括电阻R205与R215、稳压二极管WD21与WD22、二极管D21、三极管T21与T22、继电器J21。图2电路连接方式所述的负温度系数热敏电阻Ntc21或可变电阻RP21 —端接直流电源正极(V+)，另一端连接电阻R28、R29或电容C21正极，电阻R29另一端或电容C21负极接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND);电阻R28另一端连接双向控制线端口(KSR)和电阻R218、发光二极管LED21负极，发光二极管LED21正极并接电阻R218另一端和电阻R26、R27，电阻R26另一端接直流电源正极(V+)，电阻R27另一端接直流电源负极(V-);电阻R210、R20、R21顺序串联后，电阻R210的另一端接电源正极(V+)，电阻R21另一端接直流电源负极(V-)，其顶限(Vp)连接顶限电压比较器B24的正相⑴输入端，其底限(Vd)连接二极管D22负极，二极管D22正极连接底限电压比较器B21的反相(-)输入端(此处二极管D22可在故障时保底)；电阻R211、R212、R213顺序串联后，电阻R211的另一端接直流电源正极(V+)，电阻213另一端接直流电源负极(V-)，电阻R211与R212连接点接电压比较器B22反相(-)输入端，作为上限基准电位设置端(\)，电阻R212、R213连接点接电压比较器B23反相㈠输入端，作为下限基准电位设置端(V ;电压比较器B21、B22、B23的三个正相(+)输入端和电压比较器B24的反相(-)输入端并接于一点，再连接至热敏电阻Ntc21串接电阻R29分压点上，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);电阻R22接电压比较器B22输出端，电阻R23接电压比较器B23输出端，电阻R22、R23的另一端和电阻R24都连接在运算放大器A21的反相(_)输入端，运算放大器A21的正相(+)输入端连接电阻R25和保护控制线(LTH)，运算放大器A21的输出端连接电阻R25的另一端和三态门ST21的输入端；三态门ST21的反相输出端连接限流/取样电阻IR21内端和整流桥堆ZD21的一个交流端，限流/取样电阻IR21外端和整流桥堆ZD21的另一个交流端及计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(Vc2)并接于一点，作为核心电路模块的限控输出端(VJ，整流桥堆ZD21的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD21的直流正极接电压比较器B25的反相㈠输入端；电压比较器B25和B26的正相(+)输入端和运算放大器A22的反相(-)输入端连接在下限基准电位设置端，电压比较器B25和B26的限流保护控制输出端(Vb)接逻辑控制电路⑶的限流保护输入端(Vb)，在逻辑控制电路(8)内，控制输入端(Vb)和顶限电压比较器B24与底限电压比较器B21的两个输出端以及电阻R216都连接于保护控制线(LTH)上，构成线逻辑关·系，电阻R216的另一端连接核心电路模块的双向控制线端口(KSR)，在保护控制线(LTH)上还连接了计数/定时电路(18)的模式控制输入端和运算放大器A22的正相(+)输入端，运算放大器A22的控门输出端(Vf)连接三态门ST21、ST22的两个控制端；三态门ST22的输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路(2)中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，三态门ST22的反相输出端连接限流/取样电阻IR22内端和整流桥堆ZD22的一个交流端，限流/取样电阻IR22外端和整流桥堆ZD22的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的计时输出端(Q2)，整流桥堆ZD22的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD22的直流正极接电压比较器B26的反相㈠输入端；模块的限控输出端(VJ连接电阻R205，电阻R205连接稳压二极管WD21正极，稳压二极管WD21负极连接三极管T21基极，三极管T21发射极连接直流电源正极(V+)，三极管T21集电极连接继电器J21线圈和二极管D21负极；模块的计时输出端(Q2)连接电阻R215，电阻R215另一端连接稳压二极管WD22负极，稳压二极管WD22正极连接三极管T22基极，三极管T22发射极连接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND)，三极管T22集电极连接二极管D21正极和继电器J21线圈另一端，用继电器J21常开触点控制需断电降热降压的电热式负载，继电器J21常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。图2电路工作原理电路上电之初，因负温度系数热敏电阻Ntc21处于低温高阻状态，使其与电阻R29串接的分压点(传感信号输入端Vi)电位也较低，低于下限基准电位'，但大于底限(Vd)基准电位(二极管D22可在故障时保底)，故电压比较器B21输出高电平给逻辑控制电路(8)中保护控制线(LTH)，使运算放大器A21正相(+)输入端得到高电位，也使计数/定时电路
(18)的模式控制输入端处于某种控制模式，还使三态门ST21、ST22的控制端也得到高电位而处于开通状态，此时保护控制线(LTH)和双向端口 KSR电位高低决定于电阻R26串R27的分压比，发光二极管LED21不发光，表示各保护电路处于防守状态；电压比较器B22因正相(+)输入端电位(Vi)低于其反相(_)输入端电位(Vh)输出低电平给电阻R22,电压比较器B23正相(+)输入端电位也低于反相(_)端电位而输出低电位给电阻R23，而此时运算放大器A21反相(-)输入端电位小于其正相(+)输入端所接的保护控制线(LTH)上的电位，故此运算放大器A21输出端输出高电平，一方面经电阻R25反馈给保护控制线(LTH)，使运算放大器A21产生施密特触发效应，锁定为高输出状态，经开通的三态门ST21反相后输出低电平给限流/取样电阻IR21，正常时在限流/取样电阻IR21上产生的电压降较小，于是在限控输出端(VJ得到低电平，一方面使电压比较器B25的反相㈠输入端得到电位小于其正相(+)输入端电位(')而输出高电平，另一方面经电阻R205，稳压二极管D21驱动三极管T21导通；而此时计数/定时电路(18)输出的低电平经开通的三态门ST22反相后输出高电平给限流/取样电阻IR22，正常时在限流/取样样电阻IR22上产生的电压降较小，于是在计时输出端(Q2)得到高电平，经电阻R215，稳压二极管D22驱动三极管T22导通，两 个三极管T21、T22同时导通，继电器J21线圈通电吸合，J21常开触点接通负载电源，使负载发热升温。电路通电一定时间后，因负温度系数热敏电阻Ntc21随负载温度上升，阻值变小，使传感信号输入端Vi电位上升，当Vi电位大于V1电位,但仍然低于Vh电位时，电压比较器B23输出高电平，电压比较器B22仍然输出低电平，而此时运算放大器A21反相㈠输入端电位决定于电阻R24串联R22的分压比，仍然小于其正相(+)输入端所接的保护控制线(LTH)上的电位，故运算放大器A21输出端维持原高电平状态，三极管T21继续让继电器J21维持通电吸合状态，负载温度继续升高，使负温度系数热敏电阻Ntc21阻值继续减小，输入端Vi电位继续上升，当Vi电位上升至大于上限基准电位Vh时，电压比较器B22输出高电平，而此时运算放大器A21反相㈠输入端电位接近电源正极(V+)电压高于其正相(+)输入端电位而输出低电平，一方面经反馈电阻R25反馈至运算放大器A21正相输入端，使保护控制线(LTH)上的电位略降低，发光二极管LED21仍然不亮，表示电路仍处于正常工作状态；另一方面运算放大器A21输出的低电平经开通的三态门ST21反相为高电平后，给限流/取样电阻IR21，正常时在限流/取样电阻IR21上产生的电压降较小，使电压比较器B25也输出高电平，限控输出端(VJ得到的高电平使三极管T21失去基流而截止，继电器J21线圈断电释放(其反电势由二极管D21消除)，其常开触点断开，切断负载供电，负载温度开始下降。热敏电阻Ntc21随温度下降，阻值逐渐变大，输入端Vi电位下降，限控输出端Vtj2继续维持高电位状态，当Vi电位降至小于V1电位时，电压比较器B23输出端由高电平变为低电平，触发施密特电路翻转，即运算放大器A21又输出高电平，经开通的三态门ST21反相后，使限控输出端(VJ输出低电平，又驱动三极管导通，继电器J21线圈又吸合，负载又得电升温，使电路进入下一控温循环过程，在上限至下限之间进行正常循环控温过程中，电压比较器B21、B24、B25、B26和运算放大器A22始终输出高电平，发光二极管LED21不发光，表示电路处于防守状态。而计数/定时电路(18)可按预设的某种控制模式对其负载进行自举定时控制。当传感电路或核心电路模块的任何输入/输出/设置/控制/电源各端口发生异常开路故障及其与电源两极短路、或相邻端口短路的极端异常故障时，使输入端Vi电位超越两极(低于底限基准电位Vd或高于顶限基准电位Vp)，或电源掉电，启动超极保护电路
(6)，或使限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)产生限流保护动作，逻辑控制电路⑶拉低保护控制线(LTH)上的电位，反向控制超极/越限触发电路(9)和计数/定时电路(18)，同时，运算放大器A22的控门输出端(Vf)输出低电平给三态门ST21、ST22的两个控制端，优先关闭三态门ST21、ST22，使其输出高阻态，强迫驱动执行电路(15)切断电热负载供电、或启动降热降压装备工作，达到防止失控的目的，避免被控对象发生如火灾或高压爆炸等严重事故(如日本福岛核电站因地震造成故障失控而引起的超高温/高压爆炸之类毁灭性事故)。因此，本实用新型超越了 555时基电路、也与单片机电路不同，新增加的全面反超极失控保护功能，具有重要的实用价值和更广的用途。是一种确保电器设备使用安全的全面反超极失控的限位计数定时控制电路。实施例2 本实施例也是作控温(或定时)电路应用的实例，具体电路原理图，如图3所示，图中虚线框内为核心电路模块。所述的传感或积分电路(I)包括负温度系数热敏电阻NTC31或可变电阻RP31和电阻R39或电容C31，所述的上限下限基准设置电路⑵包括电阻R311、R312、R313，所述的上限比较电路(3)为电压比较器B32，所述的下限比较电路(4)为电压比较器B33，所述的模式控制/保显/复位电路(5)包括发光二极管LED31和电阻R36、R37、R38、R318，所述的超极保护电路(6)包括底限电压比较器B31、二极管D32及顶限电压比较器B34，所述的极限基准设置电路(7)包括电阻R30、R31、R310，所述的逻辑控制电路⑶包括运算放大器A32、电阻R316和保护控制线(LTH)，所述的超极/越限触发电路(9)包括运算放大器八31和电阻1 32、1 33、1 34、1 35，所述的限控输出限流保护电路(10)包括电压比较器B35、三态门ST31、整流桥堆ZD31和限流/取样电阻IR31，所述的计时输出限流保护电路(11)包括电压比较器B36、三态门ST32、整流桥堆ZD32和限流/取样电阻IR32，所述的驱动执行电路(15)包括二极管D30、D31、继电器J31。图3电路连接方式所述的负温度系数热敏电阻NTC31或可变电阻RP31 —端接直流电源正极(V+)，另一端连接电阻R38、R39或电容C31正极，电阻R39另一端或电容C31负极接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND);电阻R38另一端连接双向控制线端口(KSR)和电阻R318及发光二极管LED31负极，发光二极管LED31正极并接电阻R318另一端和电阻R36、R37，电阻R36另一端接直流电源正极(V+)，电阻R37另一端接直流电源负极(V-);电阻R310、R30、R31顺序串联后，电阻R310的另一端接电源正极(V+)，电阻R31另一端接直流电源负极(V-)，其顶限(Vp)连接顶限电压比较器B34的正相(+)输入端，其底限(Vd)连接二极管D32负极，二极管D32正极连接底限电压比较器B31的反相(-)输入端(此处二极管D32可在故障时保底)；电阻R311、R312、R313顺序串联后，电阻R311的另一端接直流电源正极(V+)，电阻R313另一端接直流电源负极(V-)，电阻R311与R312连接点接电压比较器B32正相(+)输入端，作为上限基准电位设置端(Vh)，电阻R312、R313连接点接电压比较器B33反相(-)输入端，作为下限基准电位设置端;电压比较器B31、B33的两个正相(+)输入端和电压比较器B32、B34的两个反相(_)输入端并接于一点，再连接至热敏电阻Ntc31串接电阻R39的分压点上，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);电阻R32—端接电压比较器B32输出端和运算放大器A31的反相(-)输入端，电阻R32另一端接电压比较器B31、B34的输出端和保护控制线(LTH)上，电阻R33接电压比较器B33输出端，电阻R33另一端接运算放大器A31的正相(+)输入端和电阻R34、R35，电阻R34另一端接直流电源正极(V+)，电阻R35另一端接运算放大器A31的输出端和三态门ST31的输入端；三态门ST31的反相输出端连接限流/取样电阻IR31内端和整流桥堆ZD31的一个交流端，还连接计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(Ve3)，限流/取样电阻IR31外端和整流桥堆ZD31的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的限控输出端(VJ，整流桥堆ZD31的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD31的直流正极接电压比较器B35的反相(-)输入端，电压比较器B35和B36的正相(+)输入端及运算放大器A32的反相(-)输入端连接在下限基准电位设置端(')，电压比较器B35和B36的限流保护控制输出端(Vb)接逻辑控制电路⑶的限流保护输入端(Vb);在逻辑控制电路⑶内，控制输入端(Vb)和顶限电压比较器B34与底限电压比较器B31的两个输出端以及电阻R316都连接于保护控制线(LTH)上，构成线逻辑关系，电阻R316的另一端连接核心电路模块的双向控制线端口(KSR)，在保护控制线(LTH)上还连 接了计数/定时电路(18)的模式控制输入端和运算放大器A32的正相(+)输入端，运算放大器A32的控门输出端(Vf)连接三态门ST31、ST32的两个控制端；三态门ST32的输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路(2)中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，三态门ST32的反相输出端连接限流/取样电阻IR32内端和整流桥堆ZD32的一个交流端，限流/取样电阻IR32外端和整流桥堆ZD32的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的计时输出端(Q3)，整流桥堆ZD32的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD32的直流正极接电压比较器B36的反相㈠输入端；模块的限控输出端(VJ连接二极管D30正极，二极管D30负极连接继电器J31线圈和二极管D31负极；模块的计时输出端(Q3)连接二极管D31正极和继电器J31线圈另一端，继电器J31常开触点控制需断电降热降压的电热式负载，继电器J31常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。图3电路工作原理电路上电之初，因负温度系数热敏电阻Ntc31处于低温高阻状态，使其与电阻R39串接的分压点(传感信号输入端Vi)电位也较低，低于下限基准电位'，但大于底限基准电位Vd，故电压比较器B31输出高电平给逻辑控制电路⑶中保护控制线(LTH)，使计数/定时电路(18)的模式控制输入端处于某种控制模式，也使运算放大器A32输出高电平,于是三态门ST31、ST32的控制端也得到高电位而处于开通状态，此时保护控制线(LTH)和双向端口 KSR电位高低决定于电阻R36串R37的分压比，发光二极管LED31不发光，表示各保护电路处于防守状态。电压比较器B32因反相(-)输入端(传感信号输入端Vi)电位低于其正相⑴输入端(Vh)电位，输出高电平给电阻R32 ;电压比较器B33正相⑴输入端电位低于反相(-)端电位而输出低电位给电阻R33,拉低运算放大器A31正相(+)输入端电位。又因为运算放大器A31输入阻抗极大，远大于电阻R32，使运算放大器A31反相(-)输入端电位与保护控制线(LTH)上的电位接近，故此时因运算放大器A31正相(+)输入端电位小于其反相(_)输入端电位而输出低电平，一方面经电阻R35反馈给保护控制线(LTH)，使运算放大器A31产生施密特触发效应，锁定为低输出状态；另一方面经开通的三态门ST31反相后输出高电平给限流/取样电阻IR31。正常时在限流/取样电阻IR31上产生的电压降较小，一方面使电压比较器B35的反相(_)输入端得到电位小于其正相(+)输入端电位(V1)而输出高电平给保护控制线(LTH);另一方面在限控输出端(Vtj3)也得到高电平，此高电平经二极管D30直接加到继电器J31线圈上。而此时计数/定时电路(18)输出的高电平经开通的三态门ST32反相后输出低电平给限流/取样电阻IR32，正常时在限流/取样电阻IR32上产生的电压降较小，于是在计时输出端(Q3)也得到低电平，因而继电器J31线圈两端在限控输出端(VJ高电平和计时输出端(Q3)低电平作用下通电吸合，继电器J31常开触点接通负载电源，使负载发热升温。电路通电一定时间后，因负温度系数热敏电阻Ntc31随负载温度上升，阻值变小，使传感信号输入端\电位上升，当\电位大于V1电位，但仍然低于Vh电位时，电压比较器B33输出高电平，电压比较器B32仍然输出高电平，而此时运算放大器A31正相(+)输入端电位决定于电阻R34串联R35的分压比，仍然小于保护控制线(LTH)上的电位，故使运算放大器A31输出端维持原低电平状态，经开通的三态门ST31反相后，在限控输出端(VJ仍为高电平，让继电器J31维持通电吸合状态，负载温度继续升高，使负温度系数热敏电阻Ntc31阻值继续减小，输入端Vi电位继续上升；当Vi电位上升至大于上限基准电位Vh时，电 压比较器B32输出的低电位接近于电路地端(GND)电位，因电阻R32的支撑，对保护控制线(LTH)上的电位影响很小，发光二极管LED31仍然不亮，表示电路仍处于正常工作状态。而此时运算放大器A31反相(-)输入端电位低于其正相(+)输入端电位而输出高电平，一方面经反馈电阻R35反馈至放大器A31正相输入端，锁定高电平输出，另一方面经开通的三态门ST31反相后，输出低电平给限流/取样电阻IR31，正常时在限流/取样电阻IR31上产生的电压降较小，使电压比较器B35输出低电平，限控输出端(VJ得到的低电平使继电器J31线圈断电释放(其反电势由二极管D31消除)，其常开触点断开，切断负载供电，负载温度开始下降。热敏电阻Ntc31随温度下降，阻值逐渐变大，输入端Vi电位下降，当Vi电位下降至小于上限基准电位Vh时，电压比较器B32输出的高电位接近保护控制线(LTH)上的电位，仍低于运算放大器A31正相(+)输入端电位，运算放大器A31输出端仍然锁定为高电平输出，经三态门ST31反相后，继续维持限控输出端(VJ的低电平状态；当Vi电位降至小于V1电位时，电压比较器B33输出端由高电平变为低电平，使运算放大器A31正相(+)输入端电位低于保护控制线(LTH)上的电位，触发运算放大器A31(施密特电路)翻转，又输出低电平，经开通的三态门ST31反相后，在限控输出端(VJ得到高电平输出，又驱动继电器J31线圈吸合，负载又得电升温，使电路进入下一控温循环过程，在上限至下限之间进行正常循环控温过程中，电压比较器B31、B34、B35、B36和运算放大器A32都始终输出高电平，发光二极管LED31不发光，表示电路处于防守状态。而计数/定时电路(18)可按预设的某种控制模式对其负载进行自举定时控制。当传感电路或核心电路模块的任何输入/输出/设置/控制/电源各端口发生异常开路故障及其与电源两极短路、或相邻端口短路的极端异常故障时，使输入端Vi电位超越两极(低于底限基准电位Vd或高于顶限基准电位Vp)，或电源掉电，启动超极保护电路
(6)，或使限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)产生限流保护动作，逻辑控制电路⑶拉低保护控制线(LTH)上的电位，反向控制超极/越限触发电路(9)和计数/定时电路(18)，同时，运算放大器A32的控门输出端(Vf)输出低电平给两个控制端，优先关闭三态门ST31、ST32，使其输出高阻态，强迫驱动执行电路(15)切断电热负载供电、或启动降热降压装备工作，达到防止失控的目的，避免被控对象发生如火灾或高压爆炸 等严重事故(如日本福岛核电站因地震造成故障失控而引起的超高温/高压爆炸之类毁灭性事故)。因此，本实用新型超越了 555时基电路、也与单片机电路不同，新增加的全面反超极失控保护功能，具有重要的实用价值和更广的用途。是一种确保电器设备使用安全的全面反超极失控的限位计数定时控制电路。
权利要求1.全面反超极失控的限位计数定时控制电路，包括传感或积分电路(I)、上限下限基准设置电路(2)、上限比较电路(3)、下限比较电路(4)、模式控制/保显/复位电路(5)、驱动执行电路(15)，其特征在于还包括超极保护电路￠)、极限基准设置电路(7)、逻辑控制电路(8)、超极/越限触发电路(9)、限控输出限流保护电路(10)、计时输出限流保护电路(11)、计数/定时电路(18);所述的传感或积分电路⑴的信号输出端与上限比较电路 (3)、下限比较电路(4)的两个信号输入端和超极保护电路(6)中的两个信号输入端并接于同一点，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);所述的上限比较电路(3)的上限设置端连接上限下限基准设置电路(2)的上限基准(Vh)，下限比较电路(4)的下限设置端连接上限下限基准设置电路(2)的下限基准(V1);所述的超极保护电路(6)所需的底限基准电位由极限基准设置电路(7)中的底限(Vd)提供，超极保护电路(6)所需的顶限基准电位由极限基准设置电路(7)中的顶限(Vp)提供，超极保护电路￠)的控制输出端连接逻辑控制电路⑶的超极控制输入端；所述的逻辑控制电路⑶和模式控制/保显/复位电路(5)对应的双向端口由双向控制线(KSR)连接，模式控制/保显/复位电路(5)的输出端连接传感信号输入端(Vi),逻辑控制电路(8)的限流保护输入端(Vb)连接限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)的两个限流保护控制输出端(Vb)，逻辑控制电路(8)输出的保护控制线(LTH)连接超极/越限触发电路(9)的超极触发输入端和计数/定时电路(18)的模式控制输入端，逻辑控制电路⑶的控门输出端(Vf)连接限控输出限流保护电路(10)中三态门控制端和计时输出限流保护电路(11)中三态门控制端；所述的超极/越限触发电路(9)的上、下限位触发输入端分别连接上限比较电路(3)和下限比较电路⑷的控制输出端，超极/越限触发电路(9)的输出端连接限控输出限流保护电路(10)的限控输入端；所述的限控输出限流保护电路(10)和计时输出限流保护电路(11)的两个限流基准设置端连接上限下限基准设置电路⑵的下限基准(V1),计时输出限流保护电路(11)的时控输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路(2)中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(V。)连接限控输出限流保护电路(10)的限控输出端(V。)或输出端限流电阻的内端；所述的限控输出限流保护电路(10)的限控输出端(V。)和计时输出限流保护电路(11)的计时输出端(Q)分别连接驱动执行电路(15)的两个驱动控制输入端，驱动执行电路(15)输出端串联控制继电器线圈工作电源，或直接将继电器线圈串联隔离二极管后分别连接在限控输出端(V。)和计时输出端(Q)，用继电器常开触点控制需断电降热/降压的电热式负载，继电器常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。
2.根据权利要求I所述的全面反超极失控的限位计数定时控制电路，其特征在于所述的传感或积分电路(I)包括负温度系数热敏电阻Ntc21或可变电阻RP21和电阻R29或电容C21，所述的上限下限基准设置电路(2)包括电阻R211、R212、R213，所述的上限比较电路⑶为电压比较器B22，所述的下限比较电路(4)为电压比较器B23，所述的模式控制/保显/复位电路(5)包括发光二极管LED21和电阻R26、R27、R28、R218，所述的超极保护电路(6)包括底限电压比较器B21、二极管D22及顶限电压比较器B24，所述的极限基准设置电路(7)包括电阻R20、R21、R210，所述的逻辑控制电路(8)包括运算放大器A22、电阻R216和保护控制线(LTH)，所述的超极/越限触发电路(9)包括运算放大器A21和电阻R22、R23、R24、R25，所述的限控输出限流保护电路(10)包括电压比较器B25、三态门ST21、整流桥堆ZD21和限流/取样电阻IR21，所述的计时输出限流保护电路(11)包括电压比较器B26、三态门ST22、整流桥堆ZD22和限流/取样电阻IR22，所述的驱动执行电路(15)包括电阻R205与R215、稳压二极管WD21与WD22、二极管D21、三极管T21与T22、继电器J21 ;所述的负温度系数热敏电阻Ntc21或可变电阻RP21 —端接直流电源正极(V+)，另一端连接电阻R28、R29或电容C21正极，电阻R29另一端或电容C21负极接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND);电阻R28另一端连接双向控制线端口(KSR)和电阻R218、发光二极管LED21负极，发光二极管LED21正极并接电阻R218另一端和电·阻R26、R27，电阻R26另一端接直流电源正极(V+)，电阻R27另一端接直流电源负极(V-);电阻R210、R20、R21顺序串联后，电阻R210的另一端接电源正极(V+)，电阻R21另一端接直流电源负极(V-)，其顶限(Vp)连接顶限电压比较器B24的正相输入端，其底限(Vd)连接二极管D22负极，二极管D22正极连接底限电压比较器B21的反相输入端；电阻R211、R212、R213顺序串联后，电阻R211的另一端接直流电源正极(V+)，电阻R213另一端接直流电源负极(V-)，电阻R211与R212连接点接电压比较器B22反相输入端，作为上限基准电位设置端(Vh)，电阻R212、R213连接点接电压比较器B23反相输入端，作为下限基准电位设置端(');电压比较器B21、B22、B23的三个正相输入端和电压比较器B24的反相输入端并接于一点，再连接至热敏电阻Ntc21串接电阻R29分压点上，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);电阻R22接电压比较器B22输出端，电阻R23接电压比较器B23输出端，电阻R22、R23的另一端和电阻R24都连接在运算放大器A21的反相输入端，运算放大器A21的正相输入端连接电阻R25和保护控制线(LTH)，运算放大器A21的输出端连接电阻R25的另一端和三态门ST21的输入端；三态门ST21的反相输出端连接限流/取样电阻IR21内端和整流桥堆ZD21的一个交流端，限流/取样电阻IR21外端和整流桥堆ZD21的另一个交流端及计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(VJ并接于一点，作为核心电路模块的限控输出端(VJ，整流桥堆ZD21的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD21的直流正极接电压比较器Β25的反相输入端；电压比较器Β25和Β26的正相输入端和运算放大器Α22的反相输入端连接在下限基准电位设置端(VJ，电压比较器Β25和Β26的限流保护控制输出端(Vb)接逻辑控制电路⑶的限流保护输入端(Vb)，在逻辑控制电路⑶内，控制输入端(Vb)和顶限电压比较器B24与底限电压比较器B21的两个输出端以及电阻R216都连接于保护控制线(LTH)上，电阻R216的另一端连接核心电路模块的双向控制线端口(KSR)，在保护控制线(LTH)上还连接了计数/定时电路(18)的模式控制输入端和运算放大器A22的正相输入端，运算放大器A22的控门输出端(Vf)连接三态门ST21、ST22的两个控制端；三态门ST22的输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路⑵中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，三态门ST22的反相输出端连接限流/取样电阻IR22内端和整流桥堆ZD22的一个交流端，限流/取样电阻IR22外端和整流桥堆ZD22的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的计时输出端(Q2)，整流桥堆ZD22的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD22的直流正极接电压比较器B26的反相输入端；模块的限控输出端(VJ连接电阻R205，电阻R205连接稳压二极管WD21正极，稳压二极管WD21负极连接三极管T21基极，三极管T21发射极连接直流电源正极(V+)，三极管T21集电极连接继电器J21线圈和二极管D21负极；模块的计时输出端(Q2)连接电阻R215，电阻R215另一端连接稳压二极管WD22负极，稳压二极管WD22正极连接三极管T22基极，三极管T22发射极连接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND)，三极管T22集电极连接二极管D21正极和继电器J21线圈另一端，用继电器J21常开触点控制需断电降热降压的电热式负载，继电器J21常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。
3.根据权利要求I所述的全面反超极失控的限位计数定时控制电路，其特征在于所述的传感或积分电路(I)包括负温度系数热敏电阻NTC31或可变电阻RP31和电阻R39或电容C31，所述的上限下限基准设置电路(2)包括电阻R311、R312、R313，所述的上限比较电路⑶为电压比较器B32，所述的下限比较电路(4)为电压比较器B33，所述的模式控制/保显/复位电路(5)包括发光二极管LED31和电阻R36、R37、R38、R318，所述的超极保护电路(6)包括底限电压比较器B31、二极管D32及顶限电压比较器B34，所述的极限基准设置电路(7)包括电阻R30、R31、R310，所述的逻辑控制电路(8)包括运算放大器A32、电阻R316和保护控制线(LTH)，所述的超极/越限触发电路(9)包括运算放大器A31和电阻R32、R33、R34、R35，所述的限控输出限流保护电路(10)包括电压比较器B35、三态门ST31、整流桥堆ZD31和限流/取样电阻IR31，所述的计时输出限流保护电路(11)包括电压比较器B36、三态门ST32、整流桥堆ZD32和限流/取样电阻IR32，所述的驱动执行电路(15)包括二极管D30、D31、继电器J31 ;所述的负温度系数热敏电阻NTC31或可变电阻RP31—端接直流电源正极(V+)，另一端连接电阻R38、R39或电容C31正极，电阻R39另一端或电容C31负极接直流电源负极(V-)或电路接地端(GND);电阻R38另一端连接双向控制线端口(KSR)和电阻R318及发光二极管LED31负极，发光二极管LED31正极并接电阻R318另一端和电阻R36、R37，电阻R36另一端接直流电源正极(V+)，电阻R37另一端接直流电源负极(V-)；电阻R310、R30、R31顺序串联后，电阻R310的另一端接电源正极(V+)，电阻R31另一端接直流电源负极(V-)，其顶限(Vp)连接顶限电压比较器B34的正相输入端，其底限(Vd)连接二极管D32负极，二极管D32正极连接底限电压比较器B31的反相输入端；电阻R311、R312、R313顺序串联后，电阻R311的另一端接直流电源正极(V+)，电阻R313另一端接直流电源负极(V-)，电阻R311与R312连接点接电压比较器B32正相输入端，作为上限基准电位设置端(\)，电阻R312、R313连接点接电压比较器B33反相输入端，作为下限基准电位设置端(Vl);电压比较器B31、B33的两个正相输入端和电压比较器B32、B34的两个反相输入端并接于一点，再连接至热敏电阻Ntc31串接电阻R39的分压点上，作为核心电路模块的传感信号输入端(Vi);电阻R32—端接电压比较器B32输出端和运算放大器A31的反相输入端，电阻R32另一端接电压比较器B31、B34的输出端和保护控制线(LTH)上，电阻R33接电压比较器B33输出端，电阻R33另一端接运算放大器A31的正相输入端和电阻R34、R35，电阻R34另一端接直流电源正极(V+)，电阻R35另一端接运算放大器A31的输出端和三态门ST31的输入端；三态门ST31的反相输出端连接限流/取样电阻IR31内端和整流桥堆ZD31的一个交流端，还连接计数/定时电路(18)的计数脉冲输入端(VJ，限流/取样电阻IR31外端和整流桥堆ZD31的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的限控输出端(VJ，整流桥堆ZD31的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD31的直流正极接电压比较器B35的反相输入端，电压比较器B35和B36的正相输入端及运算放大器A32的反相输入端连接在下限基准电位设置端(')，电压比较器B35和B36的限流保护控制输出端(Vb)接逻辑控制电路⑶的限流保护输入端(Vb);在逻辑控制电路⑶内，控制输入端(Vb)和顶限电压比较器B34与底限电压比较器B31的两个输出端以及电阻R316都连接于保护控制线(LTH)上，电阻R316的另一端连接核心电路模块的双向控制线端口(KSR)，在保护控制线(LTH)上还连接了计数/定时电路(18)的模式控制输入端和运算放大器A32的正相输入端，运算放大器A32的控门输出端(Vf)连接三态门ST31、ST32的两个控制端；三态门ST32的输入端连接计数/定时电路(18)的输出端，计数/定时电路(18)的高电位编程输入端和低电位编程输入端分别连接上限下限基准设置电路(2)中上限基准设置端(Vh)和下限基准设置端(V1)，三态门ST32的反相输出端连接限流/取样电阻IR32内端和整流桥堆ZD32的一个交流端，限流/取样电阻IR32外端和整流桥堆ZD32的另一个交流端并接于一点，作为核心电路模块的计时输出端(Q3)，整流桥堆ZD32的直流负极接电路地端(GND)，整流桥堆ZD32的 直流正极接电压比较器B36的反相输入端；模块的限控输出端(VJ连接二极管D30正极，二极管D30负极连接继电器J31线圈和二极管D31负极；模块的计时输出端(Q3)连接二极管D31正极和继电器J31线圈另一端，继电器J31常开触点控制需断电降热降压的电热式负载，继电器J31常闭触点控制需要对非电热式升温升压装置进行降热/降压的负载设备，该设备包括核电核反应堆的降热降压装备。
专利摘要本实用新型涉及全面反超极失控的限位计数定时控制电路，其超极保护电路与上、下限比较电路的输入并联接点连接传感信号；超极保护电路的底限和顶限连接两个极限基准电位，其输出连接逻辑控制电路的超极输入；逻辑控制电路的KSR双向线连接模式控制/保显/复位电路，其LTH保控线连接超极/越限触发电路的触发输入和计数/定时电路的模式输入，其输入Vb连接两个限流保护电路的输出，其输出Vf控制两个三态门；限控和计时限流保护电路的输出V0和Q连接驱动执行电路。因而当传感器或电路本身发生各种异常故障时，能优先关闭输出，保证有效防止失控。应用在温度、压力、水位、定时控制电器中，能提高安全性能，避免发生火灾或爆炸事故。
文档编号H02H3/08GK202586275SQ20112020192
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月6日 优先权日2011年6月6日
发明者刘圣平 申请人:刘圣平