低功耗輸入電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及低功耗輸入電路。用于工業(yè)控制器等的I/O模塊(14e)的輸入電路(30)提供了用于精確控制通過光隔離器(44)的LED(42)的最大電流的分流調(diào)節(jié)器(38)。電流調(diào)節(jié)中的實(shí)質(zhì)改進(jìn)降低了光隔離器元件中的功耗。低電壓分流電路(70)防止了來自分流調(diào)節(jié)器的泄露在低電壓處激活光隔離器，從而允許提供附加的功耗節(jié)約的、更靈敏的光隔離器。
【專利說明】
低功耗輸入電路
[0001] 對相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求美國臨時(shí)申請62/143，286的權(quán)益，該美國臨時(shí)申請?jiān)?015年4月6日提 交，并通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及工業(yè)控制系統(tǒng)，并且特別地涉及用于工業(yè)控制系統(tǒng)的I/O模塊，這些1/ 〇模塊提供降低的功耗以及更緊湊的形狀系數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004] 工業(yè)控制系統(tǒng)初始被開發(fā)為用于對工廠中的設(shè)備提供控制邏輯，這些設(shè)備進(jìn)行操 作以在裝配線上或在批處理中生產(chǎn)產(chǎn)品。早期的工業(yè)控制系統(tǒng)利用對繼電器進(jìn)行模擬但使 用編程語言的專用電路來代替繼電器機(jī)架。
[0005] 目前的工業(yè)控制系統(tǒng)使用現(xiàn)代的電子計(jì)算機(jī)處理器和電路來繼續(xù)這一進(jìn)展，但與 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的區(qū)別可能在于下述架構(gòu):該架構(gòu)提出了對于高穩(wěn)定性、安全性和對環(huán)境破壞 和普通污染的抵抗性的要求。后者的關(guān)注一般意味著工業(yè)控制系統(tǒng)部件被設(shè)計(jì)成不具有冷 卻風(fēng)扇或用于與外界空氣連通的端口，從而使得低散熱非常重要。
[0006] 工業(yè)控制系統(tǒng)必須在高度多樣化的制造應(yīng)用中工作。出于這一原因，工業(yè)控制系 統(tǒng)通常使用模塊化構(gòu)造形式，其中，一個(gè)或多個(gè)模塊化控制器與本地或遠(yuǎn)程的I/O模塊以及 在控制器與驅(qū)動(dòng)工業(yè)處理的制動(dòng)器和傳感器的硬件之間提供實(shí)際接口的其他控制裝置進(jìn) 行協(xié)作。
[0007] -種類型的輸入I/O模塊作為接口進(jìn)行操作，以從傳感器等接收輸入信號，該傳感 器提供指示低狀態(tài)的第一電壓范圍內(nèi)輸出電壓以及指示高狀態(tài)的第二電壓范圍內(nèi)的輸出 電壓。通常，可以通過0伏與10伏之間的輸入電壓代表低狀態(tài)，并且可以通過10伏至32伏之 間的輸入電壓代表高狀態(tài)。
[0008] 防止源于所控制的設(shè)備或處理中的高電壓損壞工業(yè)控制系統(tǒng)是很重要的。出于這 一原因，I/O模塊通常包括隔離器。一種可能的隔離器是光隔離器(光隔離器/光耦合器），其 提供與光電檢測器(例如光電二極管)絕緣并且電隔離的電致動(dòng)的光源(LED )，其中該光電 檢測器與工業(yè)控制系統(tǒng)的剩余部分通信。光隔離器提供良好的共模抑制（即，取消出現(xiàn)在1/ 〇模塊的輸入側(cè)和地面二者之上的噪音），并且保護(hù)工業(yè)控制系統(tǒng)免于可能意外地施加到該 I/O模塊的輸入的極大電壓輸入。
[0009] 附接到I/O模塊的不同裝置可能具有不同的輸出電壓范圍，其中高狀態(tài)電壓具有 從低如5伏到30伏或更高的范圍。適應(yīng)于該電壓范圍而不超出光隔離器的電流容量的一種 方法是使用串聯(lián)限流電阻器。這種方法可能對于不同的輸入電壓范圍需要不同的限流電阻 器，并且因此對于不同的應(yīng)用需要制造多個(gè)I/O模塊。
[0010] 一個(gè)替選方式在被授予Bavol的美國專利6,043,703中公開，該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明 的受讓人并且通過引用合并于此。在該專利中，在I/O模塊的一個(gè)輸入和光耦合器的光源之 間布置有基于晶體管的串聯(lián)限流器，以在寬輸入電壓范圍上限制到光耦合器的電流。串聯(lián) 電流的這一激活調(diào)節(jié)允許單個(gè)I/O模塊在寬輸入電壓范圍上工作。
[0011] 重要的是，光隔離器不被來自串聯(lián)限流器的泄露電流所激活。為了確保這一結(jié)果， 通常使用特別選擇的或指定的光隔離器以具有相對更大的激活電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，可以通過提供"更平的"電流調(diào)節(jié)來獲得散熱的明顯下降，其中 可經(jīng)由使用高增益比較器類型的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)來提供上述"更平的"電流調(diào)節(jié)。通過降低隨著 輸入電壓上升的電流上升，功耗的增長與電壓（電壓降乘以電流)的平方關(guān)系可被降低為功 耗的成比例增長，從而實(shí)質(zhì)上降低典型功耗。
[0013] 本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，指定或選擇具有高電流激活的光隔離器的需要不利地增加了 產(chǎn)品中耗散的功率，例如可能趨向于抵消由改進(jìn)的電流調(diào)節(jié)所提供的下降的功耗。因此，本 發(fā)明還提供光隔離器旁路電路，其使泄漏電流繞過光隔離器而分流(否則該泄露電流將通 過串聯(lián)電流調(diào)節(jié)器），從而允許使用低功耗光隔離器并對于光隔離器的選擇提供更高的靈 活性。
[0014] 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于工業(yè)控制器的輸入電路，其具有輸 入端子，所述輸入端子用于接收感測電壓以及提供所述輸入端子之間的電流路徑;并且該 輸入電路也具有隔離器，所述隔離器具有沿著所述輸入端子之間的電流路徑串聯(lián)連接的隔 離器輸入，以使得所述輸入端子之間的第一方向上的電流激活所述隔離器。激活限流器沿 著所述電流路徑而與所述隔離器輸入串聯(lián)布置，以限制通過所述隔離器輸入的電流;并且， 所述激活限流器提供比較器，所述比較器將與所述隔離器輸入串聯(lián)的感測電阻器的電壓降 與固定的電壓基準(zhǔn)相比較，以用于控制晶體管，該晶體管控制通過所述隔離器輸入的串聯(lián) 電流。
[0015] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是在I/O電路中提供高度穩(wěn)定的限流以實(shí) 質(zhì)上降低功耗。
[0016] 所述激活限流器可以是由所述比較器的輸出所控制的、與所述隔離器輸入串聯(lián)的 限流晶體管。
[0017] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是提供要直接插入隔離器的路徑中的電流 控制元件，該電流控制元件可以容易地適應(yīng)于必需的功耗和電壓范圍。
[0018] 所述激活限流器可以是提供下述比較器的電壓調(diào)節(jié)器，該比較器具有連接在所述 感測電阻器的一側(cè)的第一輸入以及通過具有預(yù)定電壓降的精確電壓基準(zhǔn)而連接到所述感 測電阻器的第二側(cè)的第二輸入，并且其中，來自所述比較器的輸出連接到所述限流晶體管 的控制輸入，以在所述感測電阻器兩端的電壓降超過預(yù)定水平的情況下從該控制輸入吸取 電流。
[0019] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是使用標(biāo)準(zhǔn)的電分流調(diào)節(jié)器來提供高度穩(wěn) 定和精確的電流調(diào)節(jié)，從而降低功耗。
[0020] 所述比較器可以包括差分放大器電路，該差分放大器電路包括差分晶體管對。
[0021] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是提供用于電流調(diào)節(jié)的簡單的高增益電 路。
[0022] 所述隔離器可以是光隔離器，并且所述隔離器輸入可以跨越所述光隔離器的發(fā)光 二極管而連接，并且所述光隔離器可以具有跨越光電傳感器而連接的輸出，所述光電傳感 器接收來自所述發(fā)光二極管的光以激活所述光電傳感器在給定的光水平(light level)導(dǎo) 通。
[0023] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是提供對于光學(xué)隔離適應(yīng)良好的電路，其 中電流控制直接影響在發(fā)光二極管中的散熱。
[0024] 該輸入電路還可以包括齊納二極管，該齊納二極管與所述隔離器的輸入串聯(lián)，以 在跨越所述輸入端子而施加的、低于預(yù)定齊納電壓量的電壓處阻止通過所述隔離器的電 流。
[0025] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是降低在未采用激活分流的情況下的低電 壓處的輸入電路的錯(cuò)誤觸發(fā)。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸入電路可以包括旁路電路，所述旁路電路在所述預(yù)定電 壓以下的電壓處使來自所述激活限流器的電流旁路，否則該電流將會(huì)通過所述隔離器輸入 端子。
[0027] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是對于光隔離器的選擇提供更大的靈活 性，例如，通過使光隔離器分流來防止光隔離器在低電流處被觸發(fā)，而允許使用具有低激活 電流或更廣的激活電流變化的光隔離器。本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)特征是允許使 用具有低激活電流的光隔離器，以允許較低水平的串聯(lián)電流調(diào)節(jié)并且因而允許光隔離器中 的較低的功耗。
[0028] 所述旁路電路可以在所述預(yù)定電壓以下的電壓處使來自所述激活限流器的電流 旁路，否則該電流將會(huì)通過所述隔離器輸入端子。
[0029] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是適應(yīng)于與較復(fù)雜的電流控制電路(例如 比較器)相關(guān)聯(lián)的泄露電流。
[0030] 所述預(yù)定電壓可以在下述電壓之下：該電壓提供足以激活所述隔離器的通過所述 隔離器輸入的電流，或者所述預(yù)定電壓可以在下述電壓之上:該電壓提供將會(huì)足以激活所 述隔離器的來自所述激活限流器的電流。
[0031] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是適應(yīng)于較廣范圍的光隔離器的規(guī)格，并 且通過對產(chǎn)生較廣范圍的激活電流的電壓范圍進(jìn)行壓縮來有效地使切換電壓更加緊密地 一致。
[0032] 所述旁路電路可以提供分流晶體管，所述分流晶體管跨越所述隔離輸入而連接， 以在閾值電壓施加到該晶體管的控制輸入時(shí)提供使所述隔離器輸入分流的導(dǎo)通路徑，并 且，該控制輸入接收來自輸入端子的電壓，以在該輸入端子上的電壓超過所述閾值電壓時(shí) 接通所述分流晶體管以用于分流。
[0033] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是提供對于光隔離器的極其簡單的修改， 以在低電壓施加到輸入端子時(shí)立即提供旁路能力。通過直接從輸入端子提供到旁路晶體管 的電壓，旁路晶體管在低電壓時(shí)立即接通。
[0034] 所述旁路電路還可以包括閾值電路，該閾值電路在所述輸入端子上的電壓超過第 二閾值電壓的情況下將所述分流晶體管的控制輸入接地。
[0035] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是在所述輸入端子上的任意升高電壓處停 用芳路電路。
[0036] 所述輸入電路可以包括齊納二極管，該齊納二極管與所述隔離器的輸入串聯(lián)，以 在跨越所述輸入端子而施加的、低于預(yù)定齊納電壓量的電壓處阻止通過所述隔離器的電 流，并且，可以在所述齊納二極管之前從輸入端子接收所述控制輸入，并且所述閾值電路在 所述齊納二極管之后從該輸入端子接收輸入。
[0037] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是在輸入電路中使用具有其他功能的齊納 二極管，以產(chǎn)生關(guān)斷旁路晶體管的快速切換閾值。
[0038] 所述閾值電路可以是第二分流晶體管，所述第二分流晶體管被連接為根據(jù)所述第 二分流晶體管的控制輸入而將所述分流晶體管的控制輸入轉(zhuǎn)為接地，其中所述第二分流晶 體管的控制輸入連接到在所述齊納二極管之后接收電壓的分壓器。
[0039] 因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的特征是，提供可以通過分壓器的調(diào)整來靈活地 改變旁路電路的操作范圍的電路。
[0040] 這些特別的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以僅適用于落入權(quán)利要求之內(nèi)的某些實(shí)施例，并且因此 不限定本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0041] 圖1是具有模塊化構(gòu)造的工業(yè)控制系統(tǒng)的簡化的展示，其具有可安裝在殼體等中 的根據(jù)本發(fā)明的I/O模塊，該I/O模塊提供用于與工業(yè)控制處理通信的暴露端子以及用于與 公共工業(yè)控制背板通信的后端連接器；
[0042] 圖2是圖1的I/O模塊的電路的功能性框圖；
[0043] 圖3是圖2的電路的更具體的示意圖；
[0044] 圖4是與【背景技術(shù)】相對照的本發(fā)明的功耗的圖示；
[0045] 圖5是圖3中的精確分流調(diào)節(jié)器的細(xì)節(jié)圖；
[0046] 圖6是與圖2相似的、示出了提供光隔離器旁路電路的本發(fā)明的實(shí)施例的圖。
[0047] 圖7是示出了根據(jù)輸入電壓的、圖6的電路的不同操作模式的圖表；
[0048] 圖8是與圖6相似的、提供了旁路電路的附加的部件級細(xì)節(jié)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 現(xiàn)在參照圖1，工業(yè)控制系統(tǒng)10可以提供殼體12或類似支撐，其將多個(gè)模塊14組裝 在一起以在公共工業(yè)控制背板15上一起通信（在如此組裝的情況下）。模塊14通常可以包 括:執(zhí)行控制程序的工業(yè)控制器14a;例如在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)(例如使用諸如以太網(wǎng)/IP、設(shè)備 網(wǎng)（DeviceNet)和控制網(wǎng)（ControlNet)的通用工業(yè)協(xié)議(CIP)的網(wǎng)絡(luò)）上通信的通信模塊 14b;電源14c;以及本文中將要討論的一個(gè)或多個(gè)I/O模塊14e。
[0050] -個(gè)I/O模塊14可以是輸入模塊16,該輸入模塊16具有殼體19的正面上的一組電 端子18,電端子18適合于連接到可以與工業(yè)處理26的各種傳感器22和24進(jìn)行通信的導(dǎo)體 20。殼體19的后面可以提供電連接器28,電連接器28可以與背板15上的相應(yīng)的連接器通信。
[0051] 應(yīng)認(rèn)識(shí)到，背板15可以替選地被部分包含在每個(gè)模塊14內(nèi)，并且在模塊14被組裝 在一起的情況下通過經(jīng)由與相鄰模塊連接的每個(gè)模塊14上的連接器對(未示出）的互連而 形成。
[0052] 現(xiàn)在還參照圖2,輸入模塊16可以包括輸入電路30,該輸入電路30與端子18a和18b 通信，以檢測端子18a上相對于端子18b的5伏至30伏的正極性電壓。
[0053]從端子18a接收的電流通過齊納二極管31，齊納二極管31阻止電流直到施加至少5 伏的電壓為止。該電流隨后并行傳遞到電阻器32的第一端子和NPN晶體管34的集電極。NPN 晶體管34的基極連接到電阻器32的第二端子，并且還連接到低電壓精確分流調(diào)節(jié)器38的 "陰極"36 APN晶體管34的發(fā)射極連接到分流調(diào)節(jié)器38的參考輸入41，并且還連接到電阻器 37的第一端子。電阻器37的第二端子與分流調(diào)節(jié)器38的"陽極"40通信。陽極40和電阻器37 的第二端子之間的結(jié)點(diǎn)連接到構(gòu)成光耦合器44的一部分的發(fā)光二極管(LED)42的陽極。來 自二極管42的光可以撞擊(strike)光耦合器44內(nèi)的光電晶體管46,以提供跨越端子48的切 換電流信號，可以與其他電路傳遞該切換電流信號，該切換電流信號用于檢測端子18a處的 正電壓的出現(xiàn)。LED 42的陰極與端子18b連接。
[0054] 現(xiàn)在參照圖3,分流調(diào)節(jié)器38可以包括內(nèi)部比較器電路50,其正輸入或非反相輸入 連接到參考輸入41。比較器電路50的反相輸入或負(fù)輸入通過精確電壓基準(zhǔn)52連接到分流調(diào) 節(jié)器38的陽極。精確電壓基準(zhǔn)52例如可以在80微安到約20毫安的操作電流處提供1.24伏的 固定的電壓降。比較器電路50的輸出提供到NPN晶體管53的基極的電流，該晶體管的集電極 提供分流調(diào)節(jié)器38的陰極36并且該晶體管的發(fā)射極連接到分流調(diào)節(jié)器38的陽極40。連接二 極管54,使得其陰極與晶體管53的集電極相連接并且其陽極附接到晶體管53的發(fā)射極，以 在正常操作期間反向偏置(非導(dǎo)通）。
[0055] 現(xiàn)在參照圖3和圖4,在端子18a和端子18b之間的電壓增長到大約5伏的情況下，齊 納二極管31(在圖2中示出）開始導(dǎo)通。在該首次導(dǎo)通的點(diǎn)處，流過電阻器37的電流非常小， 并展示出比跨越電阻器37的電壓基準(zhǔn)52的電壓小的電壓降，使得比較器電路50的輸出低， 從而關(guān)斷晶體管53。作為結(jié)果，電流流過電阻器32直接流向晶體管34的基極，從而使晶體管 34偏置。選擇電阻器32被為使得在端子18a處的電壓的遞增增長的情況下，晶體管34快速開 始增加其導(dǎo)通性，直到約2毫安的電流從其發(fā)射極電阻器37流過LED 42為止。該電流足以激 活光電晶體管46。2毫安的電流還足以使得電阻器37兩端的電壓降實(shí)質(zhì)上等于電壓基準(zhǔn)52。 [0056]通過電阻器37的電流的超過該2毫安的點(diǎn)的增長使得比較器電路50接通，從而激 活晶體管53并將電流從晶體管34的基極分流。由此實(shí)現(xiàn)了負(fù)反饋，從而將通過電阻器37的 電流調(diào)節(jié)在非常接近僅由反饋回路的增益來限制的、恒定的2毫安處。該分流調(diào)節(jié)器38針對 高達(dá)500千赫的頻率提供超過20分貝的小信號增益(從參考輸入41測量）以及低于10歐的輸 出阻抗(在陰極36測量）。該分流調(diào)節(jié)器38可以在低如1.2伏的電壓下操作，并且在低于百分 之二的電壓容差的情況下提供從〇伏至6伏的跨越比較器電路50的輸入端子的電壓。
[0057]參照圖4,當(dāng)在5伏至32伏范圍上將通過晶體管34的電流保持在2毫安（加減0.5毫 安)時(shí)，消耗的功率60隨著電壓線性上升。相較之下，允許電流62隨著電壓從5伏至32伏的上 升而從2毫安至4.5毫安緩慢增長(例如，由更低質(zhì)量的調(diào)節(jié)所提供)的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)導(dǎo)致呈 指數(shù)上升的功耗64的增長，從而產(chǎn)生超過本發(fā)明所提供的散熱的附加散熱66。
[0058] 分流調(diào)節(jié)器38可以例如是TLV431低電壓可調(diào)節(jié)精確分流調(diào)節(jié)器，其可以從德克薩 斯州達(dá)拉斯的德州儀器公司（Texas Instruments)市面購買獲得。該分流調(diào)節(jié)器38的一個(gè) 實(shí)施例的簡化圖在圖5中示出，其提供了 ：0攝氏度至70攝氏度的范圍上的電壓基準(zhǔn)52的低 于11毫伏的溫度漂移;80毫安的低工作電流;高達(dá)15千赫處的0.25歐姆的輸出阻抗；以及高 達(dá)6伏的工作電壓。
[0059] 現(xiàn)在參照圖6,在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入電路30可以包括低電壓旁路電路70,該旁 路電路70提供與旁路晶體管74通信的電壓閾值檢測器72。旁路晶體管74可以例如是NPN晶 體管，其集電極附接到LED 42的陽極并且其發(fā)射極連接到接地端子18b，并且其基極連接到 閾值電壓閾值檢測器72。在旁路晶體管74通過來自電壓閾值檢測器72的上升的電壓而接通 的情況下，通過晶體管34以及分流調(diào)節(jié)器38的任何泄露電流將繞過LED 42而分流，從而防 止其激活光耦合器44。
[0060] 還參照圖7,旁路晶體管74在通常處于光耦合器閾值電壓78(在端子18處測量）以 下的旁路模式76期間將被激活，該光耦合器閾值電壓78落在關(guān)于跨越端子18a和18b而施加 的電壓的閾值檢測范圍80內(nèi)。光耦合器閾值電壓78是產(chǎn)生為激活光耦合器44從關(guān)斷狀態(tài)到 接通狀態(tài)所必需的電流的電壓，并且通常將基于所使用的部件并且也基于來自分流調(diào)節(jié)器 38的泄露電流而輕微變化，但將落在電路所允許的以及用于選擇光耦合器44的閾值檢測范 圍80內(nèi)。
[0061 ]旁路模式76在低電壓90處開始，該低電壓90充分低于最低的可能的光親合器閾值 電壓78并且典型地是晶體管74的正向偏置電壓。旁路模式可以保持高達(dá)典型地稍微在閾值 檢測范圍80內(nèi)的、允許光耦合器44的切換的電壓水平，以確保光耦合器44不在該水平之前 切換。
[0062]當(dāng)電壓升高到旁路模式76以上時(shí)，分流晶體管74關(guān)斷，并且電路30進(jìn)入閾值檢測 范圍80內(nèi)的檢測模式，其中通過電阻器37的電流和來自調(diào)節(jié)器38的泄漏電流將通過二極管 42,從而使得光學(xué)光電晶體管46在光親合器閾值電壓78處接通，該光親合器閾值電壓78例 如將根據(jù)光耦合器44和調(diào)節(jié)器38的特別特性而稍稍變化。
[0063]當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，電路30將進(jìn)入調(diào)節(jié)范圍81，其中分流調(diào)節(jié)器38被激活，從而控 制晶體管34來將到該二極管42的電流限制至如上所述的限制水平83(約2毫安）。
[0064]現(xiàn)在參照圖8,控制旁路晶體管74的電壓閾值檢測器72可以提供電壓感測晶體管 82,例如是NPN晶體管，其集電極通過電阻器73附接至端子18a，其發(fā)射極連接到端子18b，并 且其基極連接到構(gòu)成電阻式分壓器的電阻器84和電阻器86之間的結(jié)點(diǎn)。該電阻式分壓器在 一端處連接到端子18b，并且在另一端處通過齊納二極管31連接到端子18a。因此，感測晶體 管82將在齊納擊穿電壓以上的電壓處接通，該齊納擊穿電壓限定了圖7中的旁路區(qū)域76的 頂部。
[0065]晶體管82的發(fā)射極和電阻器73之間的結(jié)點(diǎn)提供到旁路晶體管74的基極的輸出。與 前面的實(shí)施例中不同，晶體管34的集電極可以直接附接到端子18a，從而消除對于齊納二極 管31處理高電流的需要，并且對電路的切換點(diǎn)提供改進(jìn)的穩(wěn)定性。
[0066] 在端子18a和18b上的電壓處于旁路模式76、在齊納擊穿電壓以下的情況下，齊納 二極管31將是不導(dǎo)通的，這意味著晶體管82的基極基本上接地，從而使晶體管82關(guān)斷(例如 升高其集電極的電壓）、使旁路晶體管74接通。
[0067] 當(dāng)在旁路模式76內(nèi)電壓超過齊納擊穿電壓時(shí)，齊納二極管31將開始導(dǎo)通，從而將 電壓施加到電阻器84和電阻器86的分壓器，使得晶體管82的基極上電壓升高。在終止旁路 模式76的預(yù)定電壓處，晶體管82的基極的電壓升高足以接通晶體管82,從而在電路進(jìn)入旁 路范圍76以上的閾值檢測范圍80時(shí)將晶體管82的集電極下拉以停用晶體管74。當(dāng)電壓升高 到調(diào)節(jié)范圍81中時(shí)，晶體管82繼續(xù)導(dǎo)通，從而繼續(xù)保持旁路晶體管74關(guān)斷。
[0068] 當(dāng)電壓下降時(shí)，序列相反，從而再次接通旁路模式76中的晶體管74。
[0069] 本文中使用特定術(shù)語僅用于參考目的，并因此不旨在限定。例如，類似于"上"、 "下"、"之上"、"之下"的術(shù)語指代進(jìn)行參照的附圖中的方向。諸如"前"、"后"、"背"、"底"和 "側(cè)"的術(shù)語在參照的一致但任意的范圍內(nèi)描述了部件的各部分的定向，其通過參照描述了 所討論的部件的文本以及相關(guān)聯(lián)的附圖而變得清晰。這樣的術(shù)語可以包括以上特別提到的 詞語、其衍生詞以及相似含義的詞語。相似地，除非在上下文中清楚地指出，否則指代結(jié)構(gòu) 的術(shù)語"第一"、"第二"以及其他數(shù)量詞不意味著次序或順序。
[0070] 當(dāng)引入本公開內(nèi)容和示例實(shí)施例的元素或特征時(shí)，冠詞"一個(gè)"（a)、"一"（an)、 "該"（the)和"所述"（said)旨在意味著存在一個(gè)或多個(gè)這樣的元素或特征。術(shù)語"包括"、 "包含"以及"具有"旨在是包括性的，并且意味著在特別指出的元素或特征以外可以存在附 加的元素或特征。還應(yīng)理解的是，本文中描述的方法步驟、處理和操作不應(yīng)解釋為必須要求 其以所討論或示出的特定順序來執(zhí)行，除非該特定順序被特別標(biāo)識(shí)為執(zhí)行順序。還應(yīng)理解 的是，可以采用附加的或替選的步驟。
[0071]本發(fā)明特別旨在不被本文中包含的實(shí)施例和說明所限制，并且權(quán)利要求應(yīng)被理解 為包括這些實(shí)施例的修改形式，其包括落在以下權(quán)利要求的范圍內(nèi)的實(shí)施例的部分以及不 同實(shí)施例的元素的組合。本文中描述的所有公開內(nèi)容(包括專利和非專利公開內(nèi)容)通過引 用而將其全部內(nèi)容合并于此。
[0072]附圖標(biāo)記列表


【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于工業(yè)控制器的輸入電路，包括： 輸入端子，所述輸入端子用于接收感測電壓以及提供所述輸入端子之間的電流路徑； 隔離器，所述隔離器具有沿著所述輸入端子之間的電流路徑串聯(lián)連接的隔離器輸入， 以使得所述輸入端子之間的第一方向上的電流激活所述隔離器;和 激活限流器，所述激活限流器沿著所述電流路徑而與所述隔離器輸入串聯(lián)布置，以限 制通過所述隔離器輸入的電流； 其中，所述激活限流器提供比較器，所述比較器將與所述隔離器輸入串聯(lián)的感測電阻 器的電壓降與固定的電壓基準(zhǔn)相比較，以用于控制晶體管，該晶體管控制通過所述隔離器 輸入的串聯(lián)電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入電路，其中，所述激活限流器包括由所述比較器的輸出所 控制的、與所述隔離器輸入串聯(lián)的限流晶體管。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸入電路，其中，所述激活限流器是提供下述比較器的電壓調(diào) 節(jié)器，該比較器具有連接在所述感測電阻器的一側(cè)的第一輸入以及通過具有預(yù)定電壓降的 精確電壓基準(zhǔn)而連接到所述感測電阻器的第二側(cè)的第二輸入，并且其中，來自所述比較器 的輸出連接到所述限流晶體管的控制輸入，以在所述感測電阻器兩端的電壓降超過預(yù)定水 平的情況下從該控制輸入吸取電流。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的輸入電路，其中，所述比較器包括差分放大器電路，該差分放 大器電路包括差分晶體管對。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸入電路，其中，所述隔離器是光隔離器，并且其中，所述隔離 器輸入跨越所述光隔離器的發(fā)光二極管而連接，并且所述光隔離器具有跨越光電傳感器而 連接的輸出，所述光電傳感器接收來自所述發(fā)光二極管的光以激活所述光電傳感器在給定 的光水平導(dǎo)通。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸入電路，還包括齊納二極管，該齊納二極管與所述隔離器的 輸入串聯(lián)，以在跨越所述輸入端子而施加的、低于預(yù)定齊納電壓量的電壓處阻止通過所述 隔離器的電流。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入電路，還包括旁路電路，所述旁路電路在預(yù)定電壓以下的 電壓處響應(yīng)于跨越所述端子的電壓來提供跨越所述隔離器的輸入的旁路導(dǎo)通路徑。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的輸入電路，其中，所述旁路電路在所述預(yù)定電壓以下的電壓處 使來自所述激活限流器的電流旁路，否則該電流將會(huì)通過所述隔離器輸入端子。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入電路，其中，所述預(yù)定電壓在下述電壓之上：該電壓提供 足以激活所述隔離器的通過所述隔離器輸入的電流。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入電路，其中，所述預(yù)定電壓在下述電壓之上:該電壓提供 將會(huì)足以激活所述隔離器的來自所述激活限流器的電流。11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入電路，其中，所述旁路電路提供分流晶體管，所述分流晶 體管跨越所述隔離器輸入而連接，以在閾值電壓施加到該晶體管的控制輸入時(shí)提供使所述 隔離器輸入分流的導(dǎo)通路徑，并且其中，該控制輸入接收來自輸入端子的電壓，以在該輸入 端子上的電壓超過所述閾值電壓時(shí)接通所述分流晶體管以用于分流。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入電路，其中，所述旁路電路還包括閾值電路，該閾值電 路在所述輸入端子上的電壓超過第二閾值電壓的情況下將所述分流晶體管的控制輸入接 地。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的輸入電路，還包括齊納二極管，該齊納二極管與所述隔離器 的輸入串聯(lián)，以在跨越所述輸入端子而施加的、低于預(yù)定齊納電壓量的電壓處阻止通過所 述隔離器的電流，并且其中，在所述齊納二極管之前從輸入端子接收所述控制輸入，并且所 述閾值電路在所述齊納二極管之后從該輸入端子接收輸入。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的輸入電路，其中，所述閾值電路是第二分流晶體管，所述第 二分流晶體管被連接為根據(jù)所述第二分流晶體管的控制輸入而將所述分流晶體管的控制 輸入轉(zhuǎn)為接地，其中，所述第二分流晶體管的控制輸入連接到在所述齊納二極管之后接收 電壓的分壓器。
【文檔編號】G05F1/56GK106054999SQ201610211132
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月6日 公開號201610211132.8, CN 106054999 A, CN 106054999A, CN 201610211132, CN-A-106054999, CN106054999 A, CN106054999A, CN201610211132, CN201610211132.8
【發(fā)明人】約瑟夫·瓦扎奇, 特里·德洛里亞
【申請人】洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司