一种宽压plc输入电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽压PLC输入电路，包括恒流电路（10）以及与所述恒流电路（10）连接的光耦电路（20）；其中：所述光耦电路（20）的输入侧接入所述恒流电路（10）、输出侧与PLC内部处理电路（30）连接；所述恒流电路（10）与用于接收外部输入脉冲信号的PLC信号输入端口连接，并用于在外部输入脉冲信号为正脉冲且电压变化时保持光耦电路输入侧的电流稳定。实施本发明的有益效果是：支持宽压输入并有效地保护光耦最大电流，提高光耦的寿命。
【专利说明】—种宽压PLC输入电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及PLC【技术领域】，更具体地说，涉及一种能够实现宽压输入的PLC输入电路。
【背景技术】
[0002]PLC (可编程逻辑控制器)是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
[0003]PLC的应用极为广泛，而PLC输入电路是PLC中的重要部分，PLC输入电路主要用于将PLC外部输入信号传送到PLC内部处理电路，图1示出了现有的典型PLC输入电路。如图1所示，该PLC输入电路在光耦Ul的发光管部分采用电阻R1’和电阻R2’组成的电阻网络来实现限流，在PLC信号输入端口接收的外部输入脉冲信号Vl为正脉冲时，光耦Ul导通，传送给PLC内部处理电路30—个低电位,表不该PLC的信号输入端口有信号输入。但现有的PLC输入电路存在如下缺陷:
[0004]I)由于电阻网络的限制，为了确保光耦发光管部分的最小电流，输入电压不能过低，否则无法让光耦可靠导通；输入电压不能过高，否则导致发光管电流过大而易造成光耦损坏；
[0005]2)在其最大输入电压时,光稱发光管电流大,会导致光稱寿命下降。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不支持宽压输入且光耦寿命短的缺陷，提供一种宽压PLC输入电路，包括恒流电路以及与所述恒流电路连接的光耦电路；其中:所述光耦电路的输入侧接入所述恒流电路、输出侧与PLC内部处理电路连接；所述恒流电路与用于接收外部输入脉冲信号的PLC信号输入端口连接，并用于在外部输入脉冲信号为正脉冲且电压变化时保持光耦电路输入侧的电流稳定。
[0007]在上述宽压PLC输入电路中，所述光耦电路包括光耦，所述恒流电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一三极管和第二三极管；所述第三电阻的一端与所述光耦的第一输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极与所述光耦的第二输入端连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第二三极管的基极和所述第二电阻的一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的另一端均接地。
[0008]在上述宽压PLC输入电路中，所述恒流电路还包括二极管，所述二极管的阳极与所述PLC信号输入端口连接，所述二极管的阴极与所述第三电阻和所述光耦的第一输入端的连接点连接。
[0009]在上述宽压PLC输入电路中，所述二极管为低压降肖特基二极管。[0010]在上述宽压PLC输入电路中，所述恒流电路还包括与所述第三电阻并联连接的电容。
[0011]在上述宽压PLC输入电路中，所述第一三极管和所述第二三极管均为NPN型三极管。
[0012]在上述宽压PLC输入电路中，所述光耦电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与PLC内部逻辑电源连接，所述第四电阻的另一端与所述光耦的第一输出端连接，所述光耦的第二输出端接地。
[0013]实施本发明的宽压PLC输入电路，具有以下有益效果:在一定的输入电压范围内，光耦电流基本保持不变，从而实现宽压输入并有效地保护光耦最大电流，提高光耦的寿命。且在该PLC输入电路中，光耦电流的值可以通过电阻R2来设定，因此适用于各种不同型号的光耦，并由于采用了恒流电路，只要在二极管Dl处串联多个二极管，即可设置最低输入电压。此外，输入偏置电阻Rl、R3中电阻R3并联电容Cl，且R1〈〈R3，能够加速三极管的导通，从而可以适用高速输入的情形。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0015]图1是现有的PLC输入电路的电路示意图；
[0016]图2是本发明宽压PLC输入电路实施例的示意图；
[0017]图3是图2中宽压PLC输入电路的电路示意图；
[0018]图4是本发明宽压PLC输入电路实施例的光耦电流随输入电压变化的曲线图。【具体实施方式】
[0019]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0020]如图2所示，是本发明宽压PLC输入电路实施例的示意图。在本实施例的PLC输入电路中，包括恒流电路10以及光耦电路20。恒流电路10的输入端与PLC信号输入端口连接，该信号输入端口用于接收外部输入脉冲信号VI，恒流电路10的输出端与光耦电路20的输入端连接，光耦电路20的输出端与PLC内部处理电路30连接。恒流电路10用于在外部输入脉冲信号Vl为正脉冲且电压变化时保持光耦电流稳定。光耦电路20包括光耦Ul及其负载电阻R4，电阻R4的一端与PLC内部逻辑电源VDD (即PLC设备本身)连接，电阻R4的另一端与光耦Ul的第一输出端连接。在外部输入脉冲信号为正脉冲时，光耦导通，传送给PLC内部处理电路30 —个低电位，表不信号输入端口有信号输入。
[0021]本发明PLC输入电路能够实现宽压输入，同时在规定的电压范围内，通过恒流电路10可以使光耦电路输入侧的电流基本保持不变，即该PLC输入电路的输入电压可以具备很大的范围，提高了 PLC输入的适用范围，因此实现了宽压输入。
[0022]此外，PLC输入电路为提高抗干扰能力，通过采用光耦Ul可以隔离外部输入脉冲信号Vl与PLC内部处理电路30的传输，因此，外部输入脉冲信号通过恒流电路10驱动光耦的内部发光二极管导通，被光耦的光电管接收，即可使外部输入脉冲信号可靠传输。
[0023]如图3所示，是图2中宽压PLC输入电路的电路示意图，其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3以及三极管Ql和三极管Q2构成针对光耦Ul中发光二极管的恒流电路10。电阻R3的一端与光耦Ul的第一输入端连接，电阻R3的另一端与电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端分别与三极管Ql的基极和三极管Q2的集电极连接，三极管Ql的集电极与光耦Ul的第二输入端连接，三极管Ql的发射极分别与三极管Q2的基极和电阻R2的一端连接，三极管Q2的发射极与电阻R2的另一端均接地。
[0024]上述恒流电路10还包括二极管Dl，二极管Dl的阳极连接PLC信号输入端口，接收外部输入脉冲信号，二极管Dl的阴极与电阻R3和光耦Ul的第一输入端的连接点连接。该二极管Dl为防反接二极管，优选为低压降肖特基二极管，因低压降肖特基二极管导通电压只需0.3V，而一般二极管的导通电压为0.7V，因此选择低压降肖特基二极管能实现更宽的电压输入。此外，由于采用该恒流电路实现在PLC宽范围电压输入时，也能保持光耦电流基本稳定，可以在二极管Dl处串联多个二极管，即可设置最低输入电压。
[0025]上述恒流电路10还包括与电阻R3并联连接的电容Cl(相当于加速电容)，电阻Rl和R3构成三极管Ql的偏置电阻，可以选择较大值，只需令R1〈〈R3，在有脉冲输入的情况下，可以加快电信号到达三极管Ql的基极，若输入脉冲信号为正脉冲，则可以加速三极管Ql的导通，从而可以适用高速脉冲输入的情形。
[0026]上述光f禹Ul包括第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端,第一输入端为光稱Ul中发光二极管的阳极,第二输入端为光稱Ul中发光二极管的阴极,第一输出端为光耦Ul中三极管的集电极，第二输出端为光耦Ul中三极管的发射极。
[0027]现详细介绍本发明宽压PLC输入电路的具体工作原理如下:
[0028]I)当PLC外部输入脉冲信号Vl为正脉冲时，假设输入电压足够高，三极管Ql和三极管Q2均处于正偏导通，令三极管Ql和三极管Q2导通时,三极管Ql的基极b与发射极e之间的电压为Vbel (on),三极管Q2的基极b与发射极e之间的电压为Vbe2 (on),以娃管为例，根据该电路可以得出三极管Q2的集电极与发射极之间的电压
[0029]Vce2=Vbel (on)+Vbe2 (on) ^ 1.2V>Vce2(sat)=0.3V;
[0030]其中，Vce2(sat)为三极管Q2集电极与发射极间的饱和导通电压，因此得知三极管Q2工作在线性区即放大区。
[0031]而三极管Ql的集电极c与发射极e间的电压
[0032]Vcel=Vin-Vdl(on)-Vled-Vbe2(on)；
[0033]其中，Vin为PLC外部输入脉冲信号Vl的电压幅值，Vdl (on)为二极管Dl的导通电压，Vled为光耦Ul中发光二极管的导通电压，因此要求VceDVcel (sat)，即三极管Ql的集电极c与发射极e间的电压Vcel大于三极管Ql集电极与发射极间的饱和导通电压，只需规定PLC外部输入脉冲信号Vl幅值即可实现三极管Ql工作在线性区。
[0034]2)三极管Ql和三极管Q2均工作在线性区时，则Icl ^ ^1Ibl, Ic2 ^ P2Ib2，其中，Ibl和Icl分别为三极管Ql的基极电流和集电极电流，Ib2和Ic2分别为三极管Q2的基极电流和集电极电流，而^和β2分别为三极管Ql和Q2的电流放大倍数，一般在30倍以上，因此可以得出Ibl〈〈Icl，Ib2〈〈Ic2。
[0035]而电阻R2上的电流
[0036]IR2=Vbe2 (on) /R2=Iel_Ib2，得到
[0037]Iel=IR2+Ib2 ；[0038]其中，Iel为三极管Ql的发射极电流；
[0039]光耦电流即光耦Ul中流过发光二极管的电流
[0040]Iled=Icl=Iel-1bl,代入 Iel 得到
[0041]Iled=IR2-1bl+Ib2 ；
[0042]而三极管Ql的基极电流Ibl和三极管Q2的基极电流Ib2均很小，因此可以忽略，即 Iled=IR2=Vbe2(on)/R2。
[0043]三极管Q2导通时其基极与发射极间的电压Vbe2 (on) 一般为定值，例如硅管，大约为0.6V。因此光耦电流值不受PLC外部输入脉冲信号的电压幅值Vin影响，为恒定值，即使输入电压在宽范围内变化，光耦电流值基本保持不变，因此实现了宽压输入。且因光耦电流只与电阻R2的阻值有关，因此可以通过设置电阻R2的阻值，从而适用于不同型号的光耦。
[0044]此外电阻Rl和电阻R3为三极管偏置电阻，可以选择较大值，令R1〈〈R3，并在电阻R3上并联电容Cl (加速电容)，因此在有脉冲信号输入的情况下，可以加快电信号到达三极管Ql的基极，若外部输入脉冲信号为正脉冲，则可以加速三极管Ql和Q2的导通，从而适用于高速输入的情形。
[0045]如图3所示，为本发明宽压PLC输入电路实施例中光耦电流Iled随PLC外部输入脉冲信号的电压幅值即输入电压Vin变化的曲线图，结合图3所示的电路示意图，在本实施例中设置相关参数如下:R1=1KQ，R2=200 Ω , R3=30KQ，光耦Ul的导通电流Iled(on)>2mA，二极管Dl的导通电压为0.3V，光耦导通电压为1.4V, Vbe2 (on) ≈ 0.6V，加速电容Cl=1000pf，经过仿真以及实际测试数据得出如图3所示的曲线图，从图中可知在输入电压Vin为5V时光耦开始导通，导通电流为2.24mA,输入电压持续升高到40V时，光耦电流为2.9mA。因此，在输入电压从5V至40V相差8倍的电压变化情况下，光耦电流只变化了 2.9/2.24=1.2倍，显然本发明宽压PLC输入电路有效的保护了光耦发光二极管的最大电流，同时也提高了光耦的寿命，实现了光耦电流随着输入电压的升高而变化很小。
[0046]实施本发明宽压PLC输入电路，能够在一定的输入电压范围内，光耦电流基本保护不变，从而实现宽压输入并有效地保护光耦最大电流，提高光耦的寿命。而且光耦电流的值可以通过电阻R2来设定，可以适用于各种不同型号的光耦，同于由于采用了恒流电路，只要在二极管Dl处串联多个二极管，即可设置最低输入电压，输入偏置电阻Rl、R3中电阻R3并联电容Cl，且R1〈〈R3，能够加速三极管的导通，从而可以适用高速输入的情形。
[0047]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种宽压PLC输入电路，其特征在于，包括恒流电路(10)以及与所述恒流电路(10)连接的光耦电路(20);其中:所述光耦电路(20)的输入侧接入所述恒流电路(10)、输出侧与PLC内部处理电路(30)连接；所述恒流电路(10)与用于接收外部输入脉冲信号的PLC信号输入端口连接，并用于在外部输入脉冲信号为正脉冲且电压变化时保持光稱电路输入侧的电流稳定。
2.根据权利要求1所述的宽压PLC输入电路，其特征在于，所述光耦电路(20)包括光耦(Ul)，所述恒流电路(10)包括第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)以及第一三极管(Ql)和第二三极管(Q2);所述第三电阻(R3)的一端与所述光耦(Ul)的第一输入端连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述第一电阻(Rl)的一端连接，所述第一电阻(Rl)的另一端分别与所述第一三极管(Ql)的基极和第二三极管(Q2)的集电极连接，所述第一三极管(Ql)的集电极与所述光耦(Ul)的第二输入端连接，所述第一三极管(Ql)的发射极分别与所述第二三极管(Q2)的基极和所述第二电阻(R2)的一端连接，所述第二三极管(Q2)的发射极与所述第二电阻(R2)的另一端均接地。
3.根据权利要求2所述的PLC输入电路，其特征在于，所述恒流电路(10)还包括二极管(D1)，所述二极管(Dl)的阳极与所述PLC信号输入端口连接，所述二极管(Dl)的阴极与所述第三电阻(R3)和所述光耦(Ul)的第一输入端的连接点连接。
4.根据权利要求3所述的PLC输入电路，其特征在于，所述二极管(Dl)为低压降肖特基二极管。
5.根据权利要求2所述的PLC输入电路，其特征在于，所述恒流电路(10)还包括与所述第三电阻(R3)并联连接的电容(Cl)。
6.根据权利要求2所述的PLC输入电路，其特征在于，所述第一三极管(Ql)和所述第二三极管(Q2)均为NPN型三极管。
7.根据权利要求2所述的PLC输入电路，其特征在于，所述光耦电路(20)还包括第四电阻(R4)，所述第四电阻(R4)的一端与PLC内部逻辑电源连接，所述第四电阻(R4)的另一端与所述光耦(Ul)的第一输出端连接，所述光耦(Ul)的第二输出端接地。
【文档编号】G05B19/05GK103885381SQ201410101517
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】谢志杰 申请人:深圳市汇川控制技术有限公司