一种开关量采集电路和方法技术

本发明专利技术公开了一种开关量采集电路和方法，所述电路包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；所述MCU信号采集控制回路用于响应控制电源状态检测回路检测的电平信号，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。本发明专利技术能够根据控制电源电压等级的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，通过采集控制电源电压动态的改变采集回路传输增益，能够满足不同控制电源电压所要求的噪声抑制门限，而且高电位侧基于无源器件的设计提高电路系统的可靠性，同时降低工程调试成本。

【技术实现步骤摘要】
一种开关量采集电路和方法
本专利技术涉及工业自动化和继电保护
，具体涉及一种开关量采集电路和方法。
技术介绍
在工业自动化和继电保护领域，为保证控制系统可靠性，多采用直流供电，在直流系统容量要求高时，为减少蓄电池组数量一般会采用较低的控制电压。比如电力现场经常使用的控制电源就有110VDC和220VDC两种。在这些系统中，因为采集主设备的状态和抗电磁干扰的双重要求，所有开关量信号都是经过控制电源供电，由强电接入控制装置，再经整流，滤波，降压，限流，然后经光耦隔离后送入主控CPU，然后进行开关量的采集。工程上为了适应不同控制电源电压的需要，往往需要设计两套不同的采集模块，采用不同的降压限流回路，这就给开关量采集模块的生产、调试以及现场管理带来了不便，增加了设计和生产成本。目前，对控制电源系统自适应开关量采集方法有ADC采样法、基于FPGA的脉冲宽度检测法、变基准比较器法等，这些方法虽能在一定程度上解决的不同控制电源电压下开关量采集问题，但也均存在一些不足，如系统复杂，调试麻烦、电路可靠性差、门槛不易整定等问题。因此，寻求一种高电位侧基于无源器件且电路简单可靠性高和工程调试方便的自适应开关量采集电路和方法是当前首要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种开关量采集电路和方法，根据控制电源电压的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，实现了开关量采集回路传输增益自适应。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：第一方面：本专利技术提供了一种开关量采集电路，包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；所述控制电源状态检测回路用于检测为开关量信号供电的控制电源的状态；所述MCU信号采集控制回路用于根据所检测的控制电源的状态控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。进一步的，所述开关量采集回路还包括受控电源开关、分流电阻和第一输出电阻；所述分流电阻并联于主采集光耦的输入端正负极，主采集光耦的输入端正极与副采集光耦的输入端负极相连接，主采集光耦的输入端负极与开关量输入端相连接；副采集光耦的输入端正极与控制电源相连接；所述主采集光耦的输出端集电极接入低电位侧电源VCC，所述MCU信号采集控制回路通过受控电源开关控制副采集光耦的输出端集电极与低电位侧电源VCC的通断；所述MCU信号采集控制回路通过主采集光耦的输出端发射极采集开关量信号，主采集光耦的输出端发射极与副采集光耦的输出端发射极相连经第一输出电阻接地。进一步的，所述开关量采集回路还包括第一限流电阻、第一整流二极管、第一反向保护二极管、第一稳压管和第二限流电阻；第一限流电阻与第一整流二极管串联于控制电源正极和副采集光耦的输入端正极之间；第一稳压管、第二限流电阻串联于开关量输入端和主采集光耦的输入端负极之间；所述第一反向保护二极管的负极与副采集光耦的输入端正极相连接，第一反向保护二极管的正极与主采集光耦的输入端负极相连接。进一步的，所述受控电源开关包括PNP三极管及PNP三极管的基极上拉电阻、NPN三极管及NPN三极管的基极限流电阻；所述NPN三极管的基极经基极限流电阻连接于所述MCU信号采集控制回路，所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极连接到所述PNP三极管的基极；所述PNP三极管的集电极和所述副采集光耦的输出端集电极相连接，所述PNP三极管的发射极连接低电位侧电源VCC，所述PNP三极管的基极经基极上拉电阻连接到低电位侧电源VCC。进一步的，所述控制电源状态检测回路包括第三限流电阻、第二整流二极管、第二反向保护二极管、第二稳压管、第四限流电阻、控制电源状态采集光耦和第二输出电阻；控制电源的正极串联第三限流电阻、第二整流二极管与控制电源状态采集光耦的输入端正极相连；控制电源的负极串联第四限流电阻、第二稳压管与控制电源状态采集光耦的输入端负极相连；第二反向保护二极管反向并联于控制电源状态采集光耦的输入端正负极两端；所述控制电源状态采集光耦的输出端集电极连接低电位侧电源VCC，所述控制电源状态采集光耦的输出端发射极经第二输出电阻接地，且与所述MCU信号采集控制回路的控制电源状态采集端口连接。进一步的，当存在多路开关量采集回路时，各开关量采集回路中副采集光耦的输出端集电极并联连接在同一受控电源开关后端。进一步的，第一稳压管的稳压值Uz6满足：Vc_l>Uz6>Vc_l_th，其中，Vc_l_th是控制电源电压为Vc_l时开关量低电平阈值，Vc_l为控制电源使用低电源电压时的电压值。进一步的，分流电阻的阻值约束条件为：其中，Vc_h_th是控制电源电压为Vc_h时开关量低电平阈值，Vc_h为控制电源使用高电源电压时的电压值，Uz6为第一稳压管的稳压值，VF3为主采集光耦的发光管正向开通电压，R3,R4,R6分别为第一限流电阻、第二限流电阻、分流电阻的阻值。第二方面，一种开关量采集方法，所述方法包括如下步骤：采集控制电源的状态信号；根据控制电源的状态信号，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。进一步的，断开副采集光耦的方法包括如下步骤：MCU信号采集控制回路通过控制关闭NPN三极管来控制关闭PNP三极管，进而断开副采集光耦的集电极电源，使副采集光耦停止工作；开启副采集光耦的方法包括如下步骤：MCU信号采集控制回路通过控制开启NPN三极管来控制开启PNP三极管，接通副采集光耦的输出端集电极电源，使副采集光耦的发射极输出并联到主采集光耦的发射极。进一步的，在采集控制电源状态信号之前，首先判断是否使用软件模式：若是，则利用预设软件设置值控制断开或开启副采集光耦；若否，则采集控制电源状态，并根据控制电源状态控制断开或开启副采集光耦。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提供的开关量采集电路能够实时检测控制电源的电压状态，根据不同的控制电源电压，控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号；开关量采集回路采用主采集光耦、副采集光耦以及受控电源开关的设计，能够根据控制电源电压等级的不同，选择采用一组光耦输出或者两组光耦并联输出，实现了采集回路传输增益动态改变，能够满足不同控制电源电压所要求的噪声抑制门限；此外，本专利技术高电位侧基于无源器件的设计提高电路系统的可靠性和降低了工程调试成本。附图说明图1是本专利技术一种实施例的单通道开关量采集示意图；图2是本专利技术一种实施例的控制电源状态检测示意图；图3是本专利技术一种实施例的完整多通道开关量采集示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关量采集电路，其特征在于，包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；/n所述控制电源状态检测回路用于检测为开关量信号供电的控制电源的状态；/n所述MCU信号采集控制回路用于根据所检测的控制电源的状态控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种开关量采集电路，其特征在于，包括控制电源状态检测回路、MCU信号采集控制回路和至少一路开关量采集回路；所述开关量采集回路包括主采集光耦和副采集光耦；
所述控制电源状态检测回路用于检测为开关量信号供电的控制电源的状态；
所述MCU信号采集控制回路用于根据所检测的控制电源的状态控制断开副采集光耦仅通过主采集光耦采集开关量信号，或控制启用副采集光耦与主采集光耦共同采集开关量信号。


2.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于，所述开关量采集回路还包括受控电源开关、分流电阻和第一输出电阻；
所述分流电阻并联于主采集光耦的输入端正负极，主采集光耦的输入端正极与副采集光耦的输入端负极相连接，主采集光耦的输入端负极与开关量输入端相连接；副采集光耦的输入端正极与控制电源相连接；
所述主采集光耦的输出端集电极接入低电位侧电源，所述MCU信号采集控制回路通过所述受控电源开关控制副采集光耦的输出端集电极与低电位侧电源的通断；
所述MCU信号采集控制回路通过主采集光耦的输出端发射极采集开关量信号，主采集光耦的输出端发射极与副采集光耦的输出端发射极相连经第一输出电阻接地。


3.根据权利要求2所述的开关量采集电路，其特征在于，所述开关量采集回路还包括第一限流电阻、第一整流二极管、第一反向保护二极管、第一稳压管和第二限流电阻；
第一限流电阻与第一整流二极管串联于控制电源正极和副采集光耦的输入端正极之间；第一稳压管、第二限流电阻串联于开关量输入端和主采集光耦的输入端负极之间；
所述第一反向保护二极管的负极与副采集光耦的输入端正极电连，第一反向保护二极管的正极与主采集光耦的输入端负极电连。


4.根据权利要求2所述的开关量采集电路，其特征在于，所述受控电源开关包括PNP三极管、PNP三级管的基极上拉电阻、NPN三极管和NPN三极管基极限流电阻；
所述NPN三极管的基极经基极限流电阻连接于所述MCU信号采集控制回路，所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极连接到所述PNP三极管的基极；
所述PNP三极管的集电极和所述副采集光耦的输出端集电极相连接，所述PNP三极管的发射极连接低电位侧电源，所述PNP三极管的基极经基极上拉电阻连接到低电位侧电源。


5.根据权利要求1所述的开关量采集电路，其特征在于，所述控制电源状态检测回路包括第三限流电阻、第二整流二极管、第二反向保护二极管、第二稳压管、第四限流电阻、控制电源状态采集光耦和第二输出电阻；...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞吉耀，陆华军，
申请(专利权)人：南京磐能电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32