保護電路制造技術

本公開的實施例提供一種在數字輸出模塊中使用的保護電路，數字輸出模塊包括第一電壓源(S1)和至少一個輸出端子。保護電路包括：第一采樣單元(1)，用于采樣與來自第一電壓源(S1)的輸出電流相關的第一電壓；第一比較單元(2)，用于將采樣的第一電壓與第一參考電壓(Vref1)進行比較；控制單元(3)，用于基于來自第一比較單元(2)的結果生成電流調節信號，和電流調節單元(4)，用于基于電流調節信號調節來自第一電壓源(S1)的輸出電流。該保護電路提供了過流和短路保護，并且成本上便宜。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開的實施例涉及保護電路的領域，并且尤其是數字輸出模塊中的限流與短路保護電路。
技術介紹
工業控制系統現在被用在諸如石油&天然氣、化工、制藥、造紙、采礦和金屬領域等的幾乎每一個工業領域中。工業控制系統的主要目的之一是自動地控制現場設備并且快速、高效且精確地運行過程。正常情況下，控制系統包含工程站、操作站、控制器、I/O站、終端板和現場設備。數字輸出信號被廣泛地用在用于像ON/OFF控制和繼電器輸出一樣的應用的過程控制中。數字輸出模塊基于操作或控制算法輸出高或低電平。先進的數字輸出模塊支持多輸出通道及診斷和保護功能。短路檢測是可用于通知用戶是否有在現場短路的線纜的重要診斷信息。這樣的短路檢測對于數字輸出模塊是必要的，因為短路可以引起控制環路中的大電流，這可能會損壞模塊中的電子元件。標準短路檢測和保護解決方案使用智能高側開關(諸如英飛凌(Infineon)BTS4141N)來測量內部溫度并實現限流和短路保護。然而，該種類的開關相對昂貴。對于具有多輸出通道的數字輸出模塊，為各通道使用該類型的開關將會導致用于該模塊的相當高的總成本。
技術實現思路
因此，為了克服以上提到的現有技術中的缺陷中的一個或多個，本公開的實施例的目的之一是提供一種與如已知的智能高側開關相比便宜得多的保護電路。根據本公開的實施例的一個方面，提供有一種待在數字輸出模塊中使用的保護電路。數字輸出模塊包括第一電壓源和至少一個輸出端子。保護電路包括：第一采樣單元，用于采樣與來自第一電壓源的輸出電流相關的第一電壓；第一比較單元，用于將采樣值與第一參考電壓進行比較；控制單元，用于基于來自第一比較單元的結果生成電流調節信號；和電流調節單元，用于基于電流調節信號調節來自第一電壓源的輸出電流。該保護電路可以通過響應于來自采樣單元的反饋調節電壓源的輸出電流而為輸出設備提供過流保護。根據示例性實施例，電流調節單元包括：具有基結、發射結和集電結的第一晶體管。第一晶體管被配置成在基結上的低于截止電壓的低電平下導通。第一晶體管的集電結被配置成連接至至少一個輸出端子中的一個，第一晶體管的基結被連接至控制單元，并且第一晶體管的發射結被連接至采樣單元。根據示例性實施例，采樣單元包括第二電阻器；并且第一比較單元包括第一電壓比較器，其反相輸入被連接至第一參考電壓，并且其正相輸入被連接在第二電阻器與第一晶體管的發射結之間，并且其輸出被連接至控制單元。根據示例性實施例，第一電壓比較器被配置成如果其正相輸入上的電壓低于第一參考電壓則輸出低電平，并且如果其正相輸入上的電壓高于第一參考電壓則輸出基本上對應于斷開狀態的高電阻。根據示例性實施例，第一參考電壓被設定為第一電壓源的電壓減去處于輸出端子的過流狀態時的在第二電阻器上的估計電壓降的值。根據示例性實施例，控制單元包括具有基結、發射結和集電結的第二晶體管。第二晶體管被配置成在基結上的高于截止電壓的高電平下導通。第二晶體管的集電結經由第一電阻器被連接至第一晶體管的基結，第二晶體管的基結被連接至第一比較單元，并且第二晶體管的發射結被連接至接地平面。根據示例性實施例，控制單元可以進一步包括被連接在第一晶體管的基結與第一電壓源之間的第一電容器。根據示例性實施例，第二晶體管的基結被進一步經由第三電阻器單元連接至第二電壓源并且經由第一二極管連接至數字輸出模塊的控制信號端子。根據示例性實施例，保護電路進一步包括：第二采樣單元，用于采樣與來自第一電壓源的輸出電流相關的第二電壓；第二比較單元，用于將采樣的第二電壓與第三參考電壓進行比較；和信號處理單元，用于處理來自第二比較單元的輸出信號以生成短路控制信號。控制單元被進一步配置成基于短路控制信號生成電流調節信號。借助于以上單元，保護電路可以提供短路保護。根據示例性實施例，第二比較單元包括第三電壓比較器。第三電壓比較器的正相輸入被連接至第三參考電壓，并且第三電壓比較器的反相輸入被連接至輸出端子以便充當第二采樣單元，并且第三電壓比較器的輸出被連接至信號處理單元。根據示例性實施例，第三電壓比較器被配置成如果其反相輸入上的電壓高于第三參考電壓則輸出低電平，并且如果其反相輸入上的電壓低于第三參考電壓則輸出基本上對應于斷開狀態的高電阻。根據示例性實施例，第三參考電壓被設定為第一電壓源的電壓減去處于輸出端子的短路狀態時的在第一電壓源與輸出端子之間的估計電壓降的值。根據示例性實施例，信號處理單元包括：第二電壓比較器。第二電壓比較器的正相輸入被連接至第二參考電壓，并且第二電壓比較器的反相輸入經由第二二極管被連接至控制信號端子，并且第二電壓比較器的輸出經由第三二極管被連接至第二晶體管的基結。根據示例性實施例，信號處理單元可以進一步包括經由第四電阻器單元被連接至第二電壓比較器的反相輸入的第三電壓源。根據示例性實施例，第二電壓比較器被配置成如果其反相輸入上的電壓高于第二參考電壓則輸出低電平，并且如果其反相輸入上的電壓低于第二參考電壓則輸出基本上對應于斷開狀態的高電阻。根據示例性實施例，第二參考電壓被設定為低于第三電壓源上的電壓。根據示例性實施例，信號處理單元進一步包括被連接在第二電壓比較器的反相輸入與接地平面之間的第二電容器，使得信號處理單元可以濾除瞬時的大電流噪聲以便避免非預期的截止動作。根據示例性實施例，信號處理單元進一步包括經由第五電阻器被連接至第二電壓比較器的輸出的第四電壓源。這樣，信號處理單元可以向用戶或另一自動化設備提供是否已發生短路的指示。根據示例性實施例，第一晶體管是PNP晶體管或P溝道金屬氧化物半導體，并且第二晶體管是NPN晶體管或N溝道金屬氧化物半導體。根據示例性實施例，還提供了一種具有至少一個輸出通道的數字輸出模塊，其中至少一個輸出通道被連接至如以上提到的保護電路。由于保護電路中的所有電子元件都是相對便宜的普通元件，所以用于各保護電路的成本與如已知的智能高側開關相比相當便宜，使得為數字輸出模塊的各通道提供一個保護電路在成本上是可接受的。附圖說明當參照附圖閱讀關于示例性實施例的以下詳細描述時，本公開的目的、特征和優點變得顯而易見，其中圖1圖示出根據本公開的示例性實施例的保護電路的電路圖。圖2圖示出根據本公開的另一示例性實施例的保護電路的電路圖。具體實施方式下文中，將在描述本公開的機制和精神時參考示例性實施例。應該理解的是，這些實施例僅僅被提供以有助于本領域技術人員理解和實施本公開，但是不用于以任何方式限制本公開的范圍。在這里通過參考附圖以示例性方式來描述本公開的各種實施例。圖1圖示出具有根據本公開的示例性實施例的保護電路的數字輸出模塊的電路圖。保護電路可以被連接至數字輸出模塊的一個輸出通道。數字輸出模塊包括用于將電力提供至各通道的輸出端子OUT的第一電壓源S1。負載被連接至模塊的各輸出端子OUT以從模塊接收數字輸出(高電平)。負載可以是諸如現場設備等的在工業中使用的任何電設備。第一電壓源S1通常可以提供24V的電壓作為用于控制模塊的標準電壓。數字輸出模塊進一步包括針對各通道的一個控制信號端子Con_S，以將控制命令發送至各通道以便控制第一電壓源S1輸出從輸出端子OUT到負載的電流(對應于高電平)。根據本公開的一個實施例，保護電路可以包括：第一采樣單元1，被配置成采樣與來自第一電壓源S1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在數字輸出模塊中使用的保護電路，所述數字輸出模塊包括第一電壓源(S1)和至少一個輸出端子，其中所述保護電路包括：第一采樣單元(1)，被配置成采樣與來自所述第一電壓源(S1)的輸出電流相關的第一電壓；第一比較單元(2)，被配置成將所采樣的第一電壓與第一參考電壓(Vref1)進行比較；控制單元(3)，被配置成基于來自所述第一比較單元(2)的結果生成電流調節信號，和電流調節單元(4)，被配置成基于所述電流調節信號調節來自所述第一電壓源(S1)的所述輸出電流。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種在數字輸出模塊中使用的保護電路，所述數字輸出模塊包括第一電壓源(S1)和至少一個輸出端子，其中所述保護電路包括：第一采樣單元(1)，被配置成采樣與來自所述第一電壓源(S1)的輸出電流相關的第一電壓；第一比較單元(2)，被配置成將所采樣的第一電壓與第一參考電壓(Vref1)進行比較；控制單元(3)，被配置成基于來自所述第一比較單元(2)的結果生成電流調節信號，和電流調節單元(4)，被配置成基于所述電流調節信號調節來自所述第一電壓源(S1)的所述輸出電流。2.根據權利要求1所述的保護電路，其中所述電流調節單元(4)包括具有基結、發射結和集電結的第一晶體管(Q1)，所述第一晶體管(Q1)被配置成在所述基結上的低于截止電壓的低電平下導通，并且其中所述第一晶體管(Q1)的所述集電結被配置成連接至所述至少一個輸出端子中的一個，所述第一晶體管(Q1)的所述基結被連接至所述控制單元(3)，并且所述第一晶體管(Q1)的所述發射結被連接至所述采樣單元(1)。3.根據權利要求1或2所述的保護電路，其中所述采樣單元(1)包括第二電阻器單元(R2)。4.根據權利要求2所述的保護電路，其中所述第一比較單元(2)包括第一電壓比較器(U1)，其中所述第一電壓比較器(U1)的反相輸入被連接至第一參考電壓(Vref1)，并且所述第一電壓比較器(U1)的正相輸入被連接在所述采樣單元(1)與所述第一晶體管(Q1)的所述發射結之間，并且所述第一電壓比較器(U1)的輸出被連接至所述控制單元(3)。5.根據權利要求4所述的保護電路，其中所述第一電壓比較器(U1)被配置成如果其正相輸入上的電壓低于所述第一參考電壓(Vref1)則輸出低電平，并且如果其正相輸入上的電壓高于所述第一參考電壓(Vref1)則輸出基本上對應于關斷狀態的高電阻。6.根據權利要求4或5所述的保護電路，其中所述第一參考電壓(Vref1)被設定為所述第一電壓源(S1)的所述電壓減去處于所述輸出端子的過流狀態時的在所述采樣單元(1)上的估計電壓降的值。7.根據前述權利要求中的任一項所述的保護電路，其中所述控制單元(3)包括具有基結、發射結和集電結的第二晶體管(Q2)，其中所述第二晶體管(Q2)被配置成在所述基結上的高于截止電壓的高電平下導通；并且其中所述第二晶體管(Q2)的所述集電結經由第一電阻器單元(R1)被連接至所述第一晶體管(Q1)的所述基結，所述第二晶體管(Q2)的所述基結被連接至所述第一比較單元(2)的輸出，并且所述第二晶體管(Q2)的所述發射結被連接至接地平面。8.根據權利要求7所述的保護電路，其中所述控制單元(3)進一步包括被連接在所述第一晶體管(Q1)的所述基結與所述第一電壓源(S1)之間的第一電容器(C1)。9.根據權利要求7至8中的任一項所述的保護電路，其中所述第二晶體管(Q2)的所述基結被進一步經由第三電阻器單元(R3)被連接至第二電壓源(S2)并且經由第一二極管(D1)被連接至所述數字輸出模塊的控制信號端子(Con_S)。10.根據權利要求1至9中的任一項所述的保護電路，進一步包括：第二采樣單元(5)，被配置成采樣與來自所述第一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉瑋，石煥，阿克塞爾·洛貝克，
申請(專利權)人：ABB瑞士股份有限公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH