一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路及实现方法与流程

本发明涉及一种自动控制或仪器仪表的电路，特别涉及一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路及实现方法。

背景技术：

在自动控制或仪器仪表电路中，经常会采用光耦隔离方式实现脉冲的隔离输出，这种典型的常规电路示于图3中。包括脉冲输出控制mcu,隔离脉冲输出光耦u1、限流电阻r1，以及外接的模拟负载r，外部电源；当mcu需要进行隔离脉冲输出时，i/o引脚变低，与之相连的隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阴极变低，发光二极管导通，由于有电流流过隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管，u1的光电三极管集电极、发射极导通，外接电源的v+端，模拟负载r，采样电阻r2，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极外接电源v-端，形成导通回路，在r上产生一个电压脉冲，当mcu不需要进行隔离脉冲输出时，i/o引脚变高，隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管不导通，u1的光电三极管集电极、发射极之间不导通，外部的电流不能够形成回路，模拟负载r上不会有电压脉冲形成。

这种常规电路存在如下缺点：

1.在实际使用过程中，模拟负载r和外部电源都变化比较大，有时在负载r上形成脉冲的过程中，回路电流过大，造成隔离输出光耦损坏。

2.隔离脉冲输出电路工作时，对于外部脉冲回路没有检测，只有器件损坏才会发现问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的缺点，本发明提供一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路及实现方法。这种保护电路通过电流采样电阻r2，对脉冲输出过程中的回路电流进行实时采样，一旦出现隔离脉冲输出回路有过载，就会通过过载控制三极管q1，控制过载保护执行光耦u2工作，停止隔离脉冲的输出，从而有效地保护隔离输出光耦，当调整外部电源或者模拟负载r参数，使得脉冲输出过载问题排除后，隔离脉冲输出电路又可以正常工作。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路，其特征在于：包括脉冲输出控制mcu、隔离脉冲输出光耦u1、限流电阻r1，过载保护执行光耦u2、电流采样电阻r2，过载控制三极管q1以及外接的模拟负载r和外部电源；具体电路连接为：隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阳极接限流电阻r1一端和过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极，限流电阻r1的另一端接电源正端vcc，隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阴极接脉冲输出控制mcu的i/o引脚，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极接电流采样电阻r2一端和过载控制三极管的基极，电流采样电阻r2的另一端接过载控制三极管q1的发射极，然后一同接到模拟负载r一端，外接的模拟负载r的另一端接外部电源正端v+，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管发射极接过载保护执行光耦u2的发光二极管阴极，再接到外部电源负端v-，过载控制三极管q1的集电极接过载保护执行光耦u2的发光二极管阳极，过载保护执行光耦u2的光电三极管发射极接电源的负端gnd。

本发明所述一种采用具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路的实现方法，其特征在于，所述方法有如下步骤：

为电路增加了过载保护电路单元，在产生脉冲的时候通过电流采样电阻r2检测脉冲输出时回路中的电流值，当电流采样电阻r2上的压降达到0.7v时，过载控制三极管q1导通，有一部分电流通过三极管加到过载保护执行光耦u2的发光二极管阳极，随着过载保护执行光耦u2的发光二极管电流流过，过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极和发射极导通，将隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阳极拉低，使得隔离脉冲输出光耦u1的二极管不再导通，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极之间不导通，外部的电流不能够形成回路，从而有效地保护了隔离脉冲输出电路，防止由于过载而损坏电路。

本发明所述在发生过载保护条件下，采取增大模拟负载r阻值，或者降低外部电源v+和v-之间的电压，均可以减小脉冲输出回路的电流值，当电流采样电阻r2上的压降小于0.7v时，过载控制三级q1不导通，过载保护执行光耦u2的发光二极管不会导通，因此过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极、发射极之间不导通，隔离脉冲输出光耦u1的二极管阳极工作状态不会受到影响，隔离脉冲输出光耦u1可以正常工作。

本发明的有益效果是：可以对于隔离脉冲输出回路的电流进行实时采样，一旦接入的模拟负载与外部电源超出了隔离脉冲输出回路的保护值，过载控制三极管q1即刻控制过载保护执行光耦u2工作，停止隔离脉冲的输出，从而有效的保护了隔离输出光耦；当脉冲输出电路发生过载的时候，隔离保护电路可以保护脉冲输出光耦不会因为过载而永久损坏；在过载保护隔离脉冲输出电路发生保护时，一旦用户通过调整外部电源或者模拟负载r参数，使得脉冲输出过载问题排除后，隔离脉冲输出电路又可以正常工作。

附图说明

图1为本发明的电路图；

图2为本发明的应用电路图；

图3为现有技术的隔离脉冲输出电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路包括脉冲输出控制mcu,隔离脉冲输出光耦u1、限流电阻r1，过载保护执行光耦u2、电流采样电阻r2，过载控制三极管q1，外部电路模拟负载r以及外部电源。

具体电路连接为：隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阳极接限流电阻r1一端和过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极，限流电阻r1的另一端接电源正端vcc，隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阴极接脉冲输出控制mcu的i/o引脚，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极接电流采样电阻r2一端和过载控制三极管的基极，电流采样电阻r2的另一端接过载控制三极管q1的发射极，然后一同接到模拟负载r一端，外接的模拟负载r的另一端接外部电源正端v+，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管发射极接过载保护执行光耦u2的发光二极管阴极，再接到外接的外部电源负端v-，过载控制三极管q1的集电极接过载保护执行光耦u2的发光二极管阳极，过载保护执行光耦u2的光电三极管发射极接电源的负端gnd。

一种具有过载保护功能的隔离脉冲输出电路的实现方法：当mcu需要进行隔离脉冲输出时，i/o引脚变低，与之相连的隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阴极变低，发光二极管导通，由于有电流流过隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极导通，外接电源的v+端，模拟负载r，采样电阻r2，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极外接电源v-端，形成导通回路，在模拟负载r上产生一个电压脉冲，当mcu不需要进行隔离脉冲输出时，i/o引脚变高，隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管不导通，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极之间不导通，外部的电流不能够形成回路，模拟负载r上不会有电压脉冲形成。

为电路增加了过载保护电路单元，在产生脉冲的时候通过采样电阻r2检测脉冲输出时回路中的电流值，当采样电阻r2上的压降达到0.7v时，过载控制三极管q1导通，有一部分电流通过三极管加到过载保护执行光耦u2的发光二极管阳极，随着过载保护执行光耦u2的发光二极管电流流过，过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极和发射极导通，将隔离脉冲输出光耦u1的发光二极管阳极拉低，使得隔离脉冲输出光耦u1的二极管不再导通，隔离脉冲输出光耦u1的光电三极管集电极、发射极之间不导通，外部的电流不能够形成回路，从而有效地保护了隔离脉冲输出电路，防止由于过载而损坏电路。

在发生过载保护后，增大模拟电阻r的阻值，或者降低外部电源v+和v-之间的电压都可以减小脉冲输出回路的电流值，当采样电阻r2上的压降小于0.7v时，过载控制三极管q1不导通，过载保护执行光耦u2的发光二极管不会导通，因此过载保护执行光耦u2的光电三极管集电极、发射极之间不导通，隔离脉冲输出光耦u1的二极管阳极工作状态不会受到影响，隔离脉冲输出光耦可以正常工作。

应用实例：

图2给出了本发明电路的一套元件参数及应用电路图。

包括采用型号为tlp281的过载保护执行光耦u1、过载保护执行光耦u2，采用型号为s8550的三极管q1，采用10ω的电流采样电阻r2，此时的过载电流时0.7v/10ω=0.07a=70ma，如果外部电源v+、v-的电压为24v，模拟负载r取值220ω，脉冲回路的脉冲电流大约为24v/(220ω+10ω）=0.104a=104ma，大于70ma，隔离脉冲不能够正常输出。

如果减小外部电源v+、v-的电压到12v，模拟负载r仍然取值200ω，脉冲回路的脉冲电流大约为12v/(220ω+10ω）=0.052a=52ma，小于70ma，隔离脉冲能够正常输出。

如果减小外部电源v+、v-的电压保持不变24v，模拟负载r仍然取值470ω，脉冲回路的脉冲电流大约为24v/(470ω+10ω）=0.05a=50ma，小于70ma，隔离脉冲能够也可以正常输出。

试验表明电路可以按照设计方案有效实施，弥补了典型的现有技术的隔离脉冲输出电路的缺陷。