专利名称：短路保护装置及可编程逻辑控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种短路保护装置，尤其涉及一种用于可编程逻辑控制器(以下简称PLC)中晶体管输出模块的短路保护装置，从而避免晶体管的损毁。本实用新型还提供了使用该短路保护装置的PLC。
背景技术：
PLC可以通过其晶体管输出模块输出开关量信号。图I用于说明现有PLC中晶体管输出模块的电路结构示意图。如图所示，晶体管输出模块包括一个场效应晶体管VI、ー个负载も和一个光电耦合器01。其中，场效应晶体管Vl的源级电连接于电压源VD，其漏极电
连接于负载Rl，其栅极电连接于光电稱合器01的输出端，而光电稱合器01的输入端可接收来自PLC的CPU(以下简称中央处理模块)的控制信号。通过设置光电耦合器01可以实现(PU与场效应晶体管Vl的电气隔离，CPU输出的控制信号通过光电耦合器01输出至场效应晶体管Vl的栅极，当场效应晶体管Vl导通时，电流通过负载も。使用中发现，如果负载も短路，则流过场效应晶体管Vl的电流常常会将其烧毀。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种短路保护装置，当负载短路或过流时可以关断场效应晶体管，避免其被烧毁。本实用新型的另ー个目的是提供ー种PLC，避免其晶体管输出模块中的晶体管被
作臼择本实用新型提供了ー种短路保护装置，它可使连接于负载的晶体管截止，以避免该晶体管被流经负载的短路电流烧毁，它包括一个采集単元和ー个判断単元。采集单元的输入端可采集流经负载的电流在晶体管上产生的电压降，其输出端可输出ー个响应于流经负载的短路电流的比较信号。判断单元设有ー个基准阈值，判断単元的输入端可输入比较信号，并将比较信号与基准阈值比较，判断単元的输出端可输出ー个触发信号以控制晶体管截止。短路保护装置可以通过采集单元来监测晶体管中是否通过短路或过载电流，且通过判断単元延时输出触发信号以控制晶体管截止。一方面可以避免负载短路时晶体管烧毁；另一方面避免对晶体管误操作。在短路保护装置的再一种示意性的实施方式中，采集单元包括ー个光电耦合器、ー个绝缘栅场效应管、ー个充电电容和ー个放电电阻，且晶体管是绝缘栅场效应管。绝缘栅场效应管的栅极可电连接于晶体管的栅极，绝缘栅场效应管的漏极可电连接于晶体管的漏极，绝缘栅场效应管源极可电连接于光电稱合器输入端的ー极，光电稱合器输入端的另ー极可电连接于晶体管的源极，光电稱合器的输出端的ー极可电连接于放电电阻的一端，其输出端的另ー极可电连接于短路保护装置的公共电位，充电电容的一端可电连接于放电电阻的另一端，其另一端可电连接于公共电位。在短路保护装置的另ー种示意性的实施方式中，判断单元包括ー个电压比较器，该电压比较器可输入比较信号，并将比较信号与基准阈值比较，且电压比较器可输出触发信号。本实用新型还提供了一种可编程逻辑控制器，它包括一个上述的短路保护装置，该短路保护装置的输入端可采集可编程逻辑控制器的晶体管输出模块中晶体管上的电压降，且该短路保护装置的输出端可输出ー个触发信号至可编程逻辑控制器的CPU使晶体管截止。下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对短路保护装置及其可编程逻辑控制器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进ー步说明。
图I用于说明现有PLC中晶体管输出I旲块的电路结构不意图。图2用于说明短路保护装置一种示意性实施方式的结构示意图。 图3用于说明短路保护装置其他示意性实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
，在各图中相同的标号表示相同或结构相似但功能相同的部分。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的ー个，或仅标出了其中的ー个。图2用于说明短路保护装置一种示意性实施方式的结构示意图。如图所示，短路保护装置可应用于如图所示的开关电路中，其中Vd为电压源，图中所示的示意性实施方式中，晶体管Vl为绝缘栅场效应管，另外，图中的绝缘栅场效应管Vl还可以用继电器、双极性晶体管或绝缘栅双极型晶体管代替。当绝缘栅场效应管Vl受控导通或截止吋，负载RL通过脉冲电流。在短路保护装置一种示意性实施方式中，该电路保护装置应用于PLC的输出模块，绝缘栅场效应管Vl的栅极接收来自PLC中CPU的控制信号以控制其导通和截止。短路保护装置可以监测绝缘栅场效应管Vl中源极到漏极的电压降，当绝缘栅场效应管Vl中流过短路电流或过载电流吋，短路保护装置可输出触发信号到CPU，使得CPU输出控制信号使缘栅场效应管Vl截止。如图2所示，短路保护装置包括一个采集単元10和一个比较単元20。其中，采集单元10的输出端电连接于绝缘栅场效应管Vl的源极S和漏极D，当绝缘栅场效应管Vl有电流通过时，采集単元10可以监测出绝缘栅场效应管Vl的源极S到漏极D的电压降，由该电压降的数值判断绝缘栅场效应管Vl中是否通过短路电流或过载电流。当绝缘栅场效应管Vl中通过短路电流或过载电流吋，采集单元10输出ー个比较信号Sc。判断単元20中设有ー个基准阈值，判断単元20的输入端可输入采集単元10输出的比较信号を，并将比较信号Sc于基准阈值比较，当比较信号Sc小于基准阈值时，判断単元20的输出端输出ー个触发信号St以控制绝缘栅场效应管Vl截止。通过设置短路保护装置，可以通过采集单元来监测晶体管中是否通过短路或过载电流，且通过判断単元20延时输出触发信号以控制晶体管截止。一方面可以避免负载RL短路时，短路或过载电流使得晶体管烧毁；另ー方面，只有在短路或过载电流持续一定时间后判断単元才输出触发信号使得晶体管截止，避免对晶体管误操作。图3用于说明短路保护装置其他示意性实施方式的结构示意图。如图所示，采集单元10包括一个光电耦合器Ul、ー个绝缘栅场效 应管V2、ー个充电电容C2和ー个放电电阻R2。其中，绝缘栅场效应管V2的栅极G电连接于绝缘栅场效应管Vl的栅极G，绝缘栅场效应管V2的漏极D电连接于绝缘栅场效应管Vl的漏极D，绝缘栅场效应管V2的源极S电连接于光电稱合器Ul输入端的ー极。光电稱合器Ul输入端的另ー极电连接于绝缘栅场效应管Vl的源极S,光电f禹合器Ul输出端的一极电连接于放电电阻R2的一端,光电I禹合器Ul输出端的另ー极电连接于公共电位GND。充电电容C2的一端电连接于发电电阻R2的另一端，充电电容C2的另一端电连接于公共电位GND。 如图3所示，判断単元20包括一电压比较器U2。电压比较器U2的负极可输入比较信号S。，电压比较器U2的正极连接于ー个代表基准阈值的基准电压Vkef,电压比较器U2将比较信号Sc与基准电压Vkef比较，当基准电压Vkef大于比较信号Sc吋，电压比较器U2才输出触发信号St。參见图3，当绝缘栅场效应管Vl的栅极G输入控制信号开通吋，绝缘栅场效应管V2的栅极G也接收到相同的控制信号开通，但只有绝缘栅场效应管Vl中通过过载或短路电流时,光电耦合器Ul才导通，使得充电电容C2通过放电电阻R2放电，使得充电电容C2的充电电压持续下降，而充电电容C2的充电电压还代表比较信号S。输入至电压比较器U2的负极，当充电电容C2的充电电压小于基准电压Vkef时，电压比较器U2输出ー个代表触发信号St的高电平，使得绝缘栅场效应管Vl截止，避免其被烧毁。通常情况下，绝缘栅场效应管Vl的寄生电容大于绝缘栅场效应管V2的寄生电容，使得绝缘栅场效应管Vl的导通时间长于绝缘栅场效应管V2的导通时间，通过充电电容C2和放电电阻R2组成的延时电路，使得只有在绝缘栅场效应管Vl导通后，电压比较器U2才会输出代表触发信号St的高电平。另外，绝缘栅场效应管Vl的导通电阻会随着其温度的升高而増大，从而使得绝缘栅场效应管Vl的源极S到漏极D的电压降増加，当该电压降的数值足以使光电耦合器Ul导通时，短路保护装置也可以输出触发信号使得绝缘栅场效应管Vl截止。本实用新型还提供了ー种PLC，它包括ー个上述短路保护装置，该短路保护装置的输入端可采集PLC的晶体管输出模块中晶体管上的电压降，且该短路保护装置的输出端可输出ー个触发信号St至PLC的CPU使晶体管截止。在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为ー种更优选的或更具优点的技术方案。应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为ー个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
权利要求1.ー种短路保护装置，其可使连接于负载(RJ的晶体管(Vl)截止，避免所述晶体管(Vl)被流经所述负载( )的短路电流烧毀， 其特征在于，所述短路保护装置包括 一个采集単元(10)，其输入端可采集流经所述负载( )的电流在所述晶体管(Vl)上产生的电压降，其输出端可输出ー个响应于流经所述负载(RJ的短路电流的比较信号(Sc);和 ー个判断単元(20)，其设有ー个基准阈值，所述判断単元(20)的输入端可输入所述比较信号(S。)，并将所述比较信号(S。)与所述基准阈值比较，所述判断単元(20)的输出端可输出ー个触发信号(St)以控制所述晶体管(Vl)截止。
2.如权利要求I所述的短路保护装置，其中所述采集単元(10)包括一个光电耦合器(Ul)、ー个绝缘栅场效应管(V2)、ー个充电电容(C2)和ー个放电电阻(R2)，且所述晶体管(Vl)是绝缘栅场效应管， 所述绝缘栅场效应管(V2)的栅极可电连接于所述晶体管(Vl)的栅极，所述绝缘栅场效应管(V2)的漏极可电连接于所述晶体管(Vl)的漏极，所述绝缘栅场效应管(V2)源极可电连接于所述光电稱合器(Ul)输入端的ー极， 所述光电耦合器(UI)输入端的另ー极可电连接于所述晶体管(Vl)的源极，所述光电率禹合器(Ul)的输出端的一极可电连接于所述放电电阻(R2)的一端,其输出端的另ー极可电连接于所述短路保护装置的公共电位， 所述充电电容(C2)的一端可电连接于所述放电电阻(R2)的另一端，其另一端可电连接于所述公共电位。
3.如权利要求I所述的短路保护装置，其中所述判断単元(20)包括一个电压比较器(U2)，该电压比较器(U2)可输入所述比较信号(Sふ并将所述比较信号(Sc)与所述基准阈值比较，且所述电压比较器(U2)可输出所述触发信号(St)。
4.一种可编程逻辑控制器，其特征在于，其包括一个如权利要求I至3任意一项所述的短路保护装置，该短路保护装置的输入端可采集所述可编程逻辑控制器的晶体管输出模块中所述晶体管上的电压降，且该短路保护装置的输出端可输出ー个触发信号(St)至所述可编程逻辑控制器的CPU使所述晶体管截止。
专利摘要本实用新型提供了一种短路保护装置及可编程逻辑控制器。短路保护装置可使连接于负载的晶体管截止，以避免该晶体管被流经负载的短路电流烧毁，它包括一个采集单元和一个判断单元。采集单元的输入端可采集流经负载的电流在晶体管上产生的电压降，其输出端可输出一个响应于流经负载的短路电流的比较信号。判断单元设有一个基准阈值，判断单元的输入端可输入比较信号，并将比较信号与基准阈值比较，判断单元的输出端可输出一个触发信号以控制晶体管截止。短路保护装置可以通过采集单元来监测晶体管中是否通过短路或过载电流，且通过判断单元延时输出触发信号以控制晶体管截止。本实用新型一方面可以避免负载短路时晶体管烧毁；另一方面避免对晶体管误操作。
文档编号H02H7/20GK202488116SQ20122004443
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者晏波 申请人:西门子公司