一种具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，所述输入接口电路包括：反向保护电路、恒流电路、光耦电路，所述反向保护电路包括二极管D1；所述恒流电路包括场效应管Q1和第一电阻R1；所述光耦电路包括光电耦合器U1、第二电阻R2和第三电阻R3。本实用新型的接口电路带有反向保护，可以防止外部触发源正负极与本接口电路的正负极接反时烧坏输入接口电路。此外，本实用新型的输入接口电路带有光耦隔离，能够将接口电路的负载(例如，工业摄像机)与外部触发源进行隔离，防止外部触发源的电压尖峰直接烧坏负载电路，而且其使得本实用新型的输入接口电路具有很高的抗干扰能力。
【专利说明】—种具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子领域，具体涉及用于提供反向保护和光耦隔离的接口电路。
【背景技术】
[0002]当前，机器视觉技术已被广泛地应用在各行业中，以工业摄像机作为图像采集工具的机器视觉替代了人眼，在生产的诸多环节中对产品质量监管起至关重要的作用。工业摄像机在采集图像时，需要环境具有一定的亮度，通常会在工业现场使用照明光源。工业摄像机在接收到外部触发源输入的触发信号后，才会给照明光源的控制器发送信号来实现光源的频闪，这样可以大大延长光源的寿命。由于作为触发源的设备种类较多，所以触发信号的电气特性差异较大，经常出现工业摄像机的10接口电路被烧环乃至工业摄像机被烧坏的现象。此外，工业现场电磁环境复杂，还会出现工业摄像机误触发的现象。基于以上两点原因，迫切需要一种抗干扰能力强、能够隔离外部触发源、输入电压范围宽的10接口电路。
[0003]虽然，现有技术中也存在一些接口电路，但是这些接口电路要么无法提供恒流宽压输入，要么没有反向保护，或者还有其他不完善之处。
[0004]例如，专利申请CN200910245234中公开了一种能自适应宽电压范围输入的10接口电路，但是该接口电路无法实现光耦隔离，也没有反向保护，一旦用户将接口电路的正负极反接，将会对电路带来致命损伤。
[0005]专利申请CN201010250500公开了光耦外部输入防反限流电路，包括PCB板、设置在PCB板上的控制芯片和控制电路，连接在外部电路与控制系统间的光耦，所述光耦的信号输入端上串联有防反电路、限流电路。该专利申请中的接口电路采用电阻的被动限流方式。电阻限流无法实现电压变化时电流恒定这一要求，无法保证光耦稳定的工作，因此输入电压范围有限。
[0006]因此，现有技术中还没有一种接口电路既能够提供反向保护和噪声隔离，又能够实现宽压恒流的工作方式，无法为类似工业摄像机等的应用场合提供安全可靠的输入接□。
实用新型内容
[0007]针对上述问题，本实用新型希望提供一种输入接口电路，其既能够提供反向保护和噪声隔离，又具有输入电流恒定且输入电压范围宽的特点。
[0008]具体而言，本实用新型提供一种具有反向保护和光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，所述输入接口电路包括:反向保护电路、恒流电路、光耦电路，其特征在于，
[0009]所述反向保护电路包括二极管D1 ;所述恒流电路包括场效应管Q1和第一电阻R1 ；所述光耦电路包括光电耦合器U1、第二电阻R2和第三电阻R3。
[0010]在一种优选实现方式中，所述二极管D1的正极用于连接外部触发源的正向端子，所述二极管D1的负极连接到所述场效应管Q1的漏极；
[0011]所述场效应管Q1的源极与所述第一电阻R1的第一个引脚连接，所述第一电阻R1的第二个引脚与所述场效应管Q1的栅极、所述第二电阻R2的第一个引脚以及所述光电耦合器U1的发射管的正极相连接；
[0012]所述第二电阻R2的第二个引脚与所述光电耦合器U1的发射管的负极相连接，并且该连接点用于连接外部触发源的负向端子；
[0013]所述光电耦合器U1的接收管的集电极与R3的第一个引脚连接，R3的第二个引脚与一直流低压电源连接，所述光电耦合器U1的接收管的发射极接地。
[0014]在另一种优选实现方式中，所述输入接口电路用于驱动工业摄像机，所述光电耦合器U1的接收管的集电极连接至所述工业摄像机的内部处理芯片的10管脚，所述光电耦合器U1的接收管的发射极连接至所述工业摄像机的地线。
[0015]在另一种优选实现方式中，所述二极管为肖特基二极管。
[0016]在另一种优选实现方式中，所述场效应管Q1为N沟道结型场效应管。
[0017]在另一种优选实现方式中，所述输入接口电路的输入高电平范围为5-24V,输入低电平范围为0-2.5V。
[0018]有益效果:
[0019]本实用新型的接口电路带有反向保护，可以防止触发信号正负极性接反时烧坏输入接口电路。
[0020]此外，本实用新型的输入接口电路带有光耦隔离，能够将外部负载(例如，工业摄像机及其内部处理芯片)的10引脚与外部触发源进行隔离，防止外部触发源的电压尖峰直接烧坏负载电路或其处理芯片，且光耦本身具有很高的抗干扰能力，因此提高了 10接口电路的抗干扰能力。
[0021]此外，本实用新型的接口电路具有恒流宽压的特点。使用不同触发源进行触发时，输入10接口电路的电流不变。电路的输入电压范围宽，输入高电平范围为5-24V，输入低电平范围为0-2.5V，可以兼容多种触发源。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型一个实施例的恒流宽压接口电路的电路图。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，本实施例中的恒流宽压接口电路一共由3部分组成:反向保护电路、恒流电路、光耦电路，反向保护电路采用肖特基二极管D1 ;恒流电路包括N沟道结型场效应管Q1和电阻R1 ;光耦电路包括光电耦合器U1 (又称光电隔离器)和外围电阻R2、R3。
[0024]继续参照图1，肖特基二极管D1与外部触发源相连接。具体而言，外部触发源输出的触发信号的正极TRIG+与二极管D1的正极连接。而肖特基二极管D1的负极又连接到恒流电路的输入，具体为Q1的漏极。通过采用二极管D1，即便用户错误地将外部触发源与接口电路的正负极反接，该接口电路也无法导通，实现了对接口电路的反向保护。
[0025]如上所述，在恒流电路中，Q1的漏极连接到D1的负极。Q1的源极与R1的第一个引脚连接，R1的第二个引脚、Q1的栅极、R2的第一个引脚和U1的发射管的正极这四个引脚连接在一起。
[0026]R2的第二个引脚、U1的发射管的负极和外部触发源的负极TRIG-连接在一起。U1的接收管的集电极与R3的第一个引脚连接。R3的第二个引脚与3.3V电源连接。U1的接收管的发射极与工业摄像机内部的信号地连接。P点与工业摄像机内部处理芯片的10管脚连接。
[0027]本实用新型的10接口电路的工作过程如下:
[0028]如图1所示，TRIG+和TRIG-两个端子用作接口电路的输入，外部触发源的正负极分别连接在上述两个输入端子上。当外部触发源输入低电平时，场效应管Q1工作在饱和区，电路中的电流小于光电耦合器的发光管的正向导通电流，因此光电耦合器U1截止，P点的电压为3.3V。当外部触发源向输入接口电路输入高电平时，场效应管Q1工作在恒流区，电路中的电流恒定且大于光电稱合器U1的发光管的正向导通电流，因此光电稱合器U1导通，P点的电压小于0.8V。
[0029]在本实施例中，根据需要，调节R1阻值(约680欧姆)，将N沟道结型场效应管Q1工作在恒流区时的电流设定为5mA。调节R2阻值(约1000欧姆)，将流过R2的电流设定为1mA。调节R3的阻值，将流过光耦的接收管的发射极电流设定为1.5mA。满足以上电流设定后，10接口电路输入低电平的范围为0V?2.5V，高电平范围为5V?24V。这是本领域技术人员基于本实用新型的内容和常规技术能够实现的。在进行批量生产时，可以根据调节好后的电阻值，直接选择所用电阻。
[0030]二极管具有单向导通特性，外部触发源输出的触发信号极性与输入接口电路输入端的信号极性接反时，二极管不会导通，电路中只有微弱的反向漏电流流过，电流为uA级，电路不会被损坏，起到了反向保护的作用。
[0031]利用N沟道结型场效应管工作在恒流区时电流恒定这一特点，实现了输入接口电路的输入电压高于一定值后，输入电流恒定这一功能。防止了因输入电压过高导致的输入电流过大，输入接口电路被烧坏的现象。
[0032]本实施例中的场效应管选用N沟道结型场效应管，其工作在恒流区时电流恒定，漏极和源极之间的压差VDS随输入电压的提高而增大。输入电压VIN =肖特基二极管的压降VD1+N沟道结型场效应管的漏极和源极压差VDS+R1两端的压降VR1+光耦的发射管正向导通时的压降VD。VD1、VR1和VD只和电流有关，由于电流恒定，因此VD1、VR1和VD不会变化，增加的输入电压全部由VDS承担。只要输入电压不超过VDS能够承受的最大值，电路就不会损坏，提高了输入电压的范围。
[0033]因此，综上所述，本实用新型的输入接口电路具有恒流特点，在5?24V输入电压范围内，输入电流均为5mA。防止了因输入电压过高导致的输入电流过大，从而10接口电路被烧坏的现象。
[0034]而且，本实用新型的输入接口电路对外部触发源的驱动能力要求低，允许输入的电压范围宽，可以兼容多种触发源。使用不同触发源进行触发时，输入10接口电路的电流维持在5mA不变，一般的外部触发源的驱动能力均能达到这一要求。电路的输入电压范围宽，输入高电平范围为5-24V，输入低电平范围为0-2.5V，满足多种触发源的电气特性。
[0035]另外，该输入接口电路要求输入低电平的最大值为2.5V，噪声容限大，电路抗干扰能力强，在工业现场复杂的电磁环境中具有优势。所以，本实用新型的输入接口电路特别适合与工业摄像机等应用场合，能够为工业摄像机提供恒定、低噪声的输入，同时能够防止正负电极的反接，安全可靠。
[0036]虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，所述输入接口电路包括:反向保护电路、恒流电路、光耦电路，其特征在于， 所述反向保护电路包括二极管Dl ;所述恒流电路包括场效应管Ql和第一电阻Rl ;所述光耦电路包括光电耦合器U1、第二电阻R2和第三电阻R3。
2.根据权利要求1所述的具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，其特征在于， 所述二极管Dl的正极用于连接外部触发源的正极，所述二极管Dl的负极连接到所述场效应管Ql的漏极； 所述场效应管Ql的源极与所述第一电阻Rl的第一个引脚连接，所述第一电阻Rl的第二个引脚与所述场效应管Ql的栅极、所述第二电阻R2的第一个引脚以及所述光电耦合器Ul的发射管的正极相连接； 所述第二电阻R2的第二个引脚与所述光电耦合器Ul的发射管的负极相连接，并且该连接点用于连接外部触发源的负极； 所述光电耦合器Ul的接收管的集电极与R3的第一个引脚连接，R3的第二个引脚与一直流低压电源连接，所述光电耦合器Ul的接收管的发射极接地。
3.根据权利要求1或2所述的具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，其特征在于，所述输入接口电路用于驱动工业摄像机，所述光电耦合器Ul的接收管的集电极连接至所述工业摄像机的内部处理芯片的1管脚，所述光电耦合器Ul的接收管的发射极连接至所述工业摄像机的地线。
4.根据权利要求1所述的具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。
5.根据权利要求1所述的具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，其特征在于，所述场效应管Ql为N沟道结型场效应管。
6.根据权利要求1所述的具有反向保护及光耦隔离的恒流宽压输入接口电路，其特征在于，所述输入接口电路的输入高电平范围为5-24V，输入低电平范围为0-2.5V。
【文档编号】H03K19/0175GK204231323SQ201420680177
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】仇开阳, 陆大伟, 孙敬涛, 高原, 李永怀, 周中亚 申请人:北京大恒图像视觉有限公司