用于外围组件的数字输入端的电路布置和外围组件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电子外围组件的数字输入端的电路布置，包括：作为数字输入端起作用的输入端口；接地端口，其中，在输入端口和接地端口之间布置有用于输入电流的电流限制的半导体开关件；基准电压源，其为了驱控半导体开关件而与半导体开关件的控制输入端连接，其中，存在调节件，其设计为根据输入端口处的输入电压调节基准电压源，使得半导体开关件在输入电压的第一电压值的情况中将输入电流调整为第一输入电流，并在输入电压的第二电压值的情况中将输入电流调整为第二输入电流，其中，第一电压值大于第二电压值并且由此通过调节件使得第一输入电流小于第二输入电流。 1

Circuit layout and peripheral components for digital inputs of peripheral components

The invention relates to a circuit layout for a digital input terminal for an electronic peripheral component, including an input port acting as a digital input terminal; a grounding port, in which a semiconductor switch with current limits for input current is arranged between the input port and the grounding port; a reference voltage source is used for drive control. The semiconductor switch is connected with the control input of the semiconductor switch, in which a regulator is present, which is designed to adjust the reference voltage source according to the input voltage at the input port, so that the semiconductor switch adjuster the input current to the first input current in the case of the first voltage value of the input voltage, and to input the electricity in the input current. In the case of the second voltage value, the input current is adjusted to second input current, in which the value of the first voltage is greater than the value of the second voltage and thus the first input current is less than second input current through the regulator. One

【技术实现步骤摘要】
用于外围组件的数字输入端的电路布置和外围组件
本专利技术涉及一种用于电子外围组件的数字输入端的电路布置，包括：作为数字输入端起作用的输入端口；接地端口，其中，在输入端口和接地端口之间布置有用于输入电流的电流限制的半导体开关件；基准电压源，其为了驱控半导体开关件而与半导体开关件的控制输入端连接。此外，本专利技术涉及一种用于自动化设备的电子外围组件，其具有上述电路布置。
技术介绍
在本专利技术的意义中，被称为外围组件的是自动化设备中或用于自动化设备的每种组件或每个模块，其用于连接外部的外围设备，即例如特定的和所设置的传感器。前文所述类型的自动化设备、特别是模块化的自动化设备的实施方式是普遍已知的，例如由专利技术人以SIMATIC品牌所提供的自动化设备。从这些自动化设备中也已知了作为单个模块所实施的外围组件、特别是输入组件或组合的输入/输出组件作为外围组件的具体实例。本专利技术特别地涉及具有作为数字输入端起作用的用于外围组件的至少一个输入端口。这样的电路布置或这样的外围组件相应地是具有数字输入功能的外围组件。这样的组件通常以多个、例如16或32个数字输入端来实施并且相应地被称为数字输入组件。数字输入组件也是仅具有数字的输入功能的外围组件的特殊形式。此外，也能够具有混合形式，即例如数字输入/输出组件或具有至少一个数字输入端的数字输入和模拟输出组件。在现有技术中已知的数字输入组件基于的原理是，在所连接的传感器被激活的情况下，电流经由数字输入端、即与输入端口连接的输入通道流入到组件中。在最简单的情况下，在存在电流时传感器识别为激活的。相应地，在不存在电流时传感器识别为未激活的。然而，在传感器未激活的情况下，电流也能够流入到组件中，从而通常在电压高度上识别传感器的状态，优选地根据超过特定的预设的或能预设的阈值来识别，该阈值是对于使得电流经过输入端口所必需的电压高度的阙值。只要由于输入电流而在组件之中产生损耗功率，该标准原理就不是完全最优的。在根据IEEC61131-2预设的用于数字输入端(类型1：在电压范围15V至30V的高信号，在高信号时的输入电流：至少2mA；类型2：在电压范围11V至30V中的高信号，在高信号时的输入电流：6mA)上的电压和电流值的标准中，在上述两个类型的输入通道处的损耗功率至少为30V·6mA＝180mW。在此，损耗功率根据输入通道的电路发生变化，在借助于无源的电路实现的输入通道中的损耗功率为30V·16.4mA＝492mW。之前的数字实例(损耗功率：180mW)为具有所谓的电流沉的有源电路。此外，上面示例地示出的损耗功率对于每个输入通道都出现。也就是说，在具有32个输入通道的组件中，损耗功率总共为32V·180mW＝5.76W或者32V·492mW＝15.74W。从两个欧洲专利申请EP1770456A1和EP1770457A1中已经已知了所述的外围组件、其电路布置和所述的问题。在现今的小型SPS系统或者自动化设备中不能排出例如在类型2的数字输入端中产生的损耗功率。因此，应用根据IEC61131-2:2007标准的类型3的数字输入端。类型3：高电平为>＝11V(电流消耗>＝2mA)，低电平为<＝5V。因此，数字输入端生成损耗功率的原理性问题由此解决，即减少电流消耗直到如所涉及的标准所允许的那样(EN61131-2)。然而，减少的电流消耗另一方面导致了，在该减少的电流中仅缓慢地使可能存在的线路电容放电。线路电容由在外围组件与传感器之间引导的连接导线组成。利用线路电容的减少的放电形成了以下问题，即限制了最大的切换或者信号频率。
技术实现思路
相应地，本专利技术的目的在于，减少组件侧积累的损耗功率，尽管如此还能够足够快地使可能出现的线路电容放电。本专利技术提出了用于避免或至少避免上述缺点并且用于实现上述目的的用于外围组件的数字输入端的电路布置，其中，该电路布置具有：作为数字输入端起作用的输入端口；接地端口，其中，在输入端口和接地端口之间布置有用于输入电流的电流限制的半导体开关件；基准电压源，其为了驱控半导体开关件而与半导体开关件的控制输入端连接，在此，存在调节件，其设计为根据在输入端口处的输入电压来调节基准电压源，使得半导体开关件在输入电压的第一电压值的情况中将输入电流调整为第一输入电流，并且在输入电压的第二电压值的情况中将输入电流调整为第二输入电流，其中，第一电压值大于第二电压值并且由此通过调节件使得第一输入电流小于第二输入电流。利用上述解决方案实现一种数字输入端，其在大输入电压(30V)时尽可能少地“抽取”电流(2mA)，因此保持较低的所产生的损耗功率，并且在小电压(11V)时“抽取”更多电流(5.4mA)，因此快速地使存在的线路电容放电，并且因此能够检测具有高切换频率的信号。在电路布置的一个设计方案变体中，半导体开关件设计为第一晶体管，第一晶体管具有集电极、发射极和基级，并且基级与控制输入端连接，并且调节件具有第二晶体管，第二晶体管具有集电极、发射极和基级，第二晶体管的基级经由分压器与第一晶体管的集电极连接，并且第二晶体管的集电极与控制输入端连接。此外有利的是，基准电压源通过另外的分压器组成。同样地，该目的通过具有根据本专利技术的电路布置的外围组件实现。根据本专利技术，数字输入端的电流限制根据数字输入端处的电压被调节，从而保持尽可能小的损耗功率。特别有效的是，在数字输入端处有低电压时在数字输入端处消耗大电流，并且在数字输入端处有高电压时消耗小电流。因此实现的是，在数字输入端处有高电压时维持尽可能低的损耗功率，然而附加地因此实现了，在数字输入端处有低电压时消耗大电流。因此，在该低电压和大电流的情况中损耗功率同样在很小的范围中。因此总体实现了，线路电容通过大电流消耗相对快速地放电，并且因此也能够快速地检测所谓的高侧信号发生器的信号。附图说明接下来根据附图详细阐述本专利技术的实施例。相互对应的内容或元件在所有的附图中都以相同的标号标注。在此示出：图1是具有外围组件和连接的信号发生器的SPS系统，图2是推挽式信号发生器的原理，图3是高侧信号发生器的原理，图4是根据现有技术的用于数字输入端的电路布置，图5是根据现有技术的电路布置的电压和电流变化曲线，图6是根据本专利技术的电路布置，图7是用于根据本专利技术的电路布置的电压和电流的信号变化曲线，图8是实际的应用情况，图9是根据现有技术的电路布置中的信号变化曲线，图10是具有实际的应用情况的有关线路电容方面的电路布置，并且图11是用于实际的应用情况中的具有根据本专利技术的电路布置的电流和电压的信号变化曲线。具体实施方式图1示出了SPS系统，该SPS系统具有自动化设备31、带有经由连接导线32连接的信号发生器33的外围组件30。信号发生器33连接在外围组件30处。外围组件30设计为数字输入模块。连接导线32具有根据其内部结构决定的特定容量，例如100pF/m。在连接导线的现有的线路电容中，总是存在该线路电容的放电问题，由此能够限制信号发生器的可行的切换频率。存在能够检测例如100Hz的切换频率的“快速”数字输入模块。并且原则上存在两种信号发生器类型：推挽式信号发生器和高侧信号发生器。图2示出了推挽式信号发生器，其在高电平时例如输出24V和在低电平时例如输出0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电子外围组件(30)的数字输入端的电路布置(1)，包括：

【技术特征摘要】
2016.12.08 EP 16202933.41.一种用于电子外围组件(30)的数字输入端的电路布置(1)，包括：作为数字输入端起作用的输入端口(10)，接地端口(M)，其中，在所述输入端口(10)与所述接地端口(M)之间布置有用于输入电流(I输入)的电流限制的半导体开关件，基准电压源(V基准)，所述基准电压源为了驱控所述半导体开关件而与所述半导体开关件的控制输入端(SE)连接，其特征在于，存在调节件(2)，所述调节件设计为根据在所述输入端口(10)处的输入电压(V输入)来调节所述基准电压源(V基准)，使得在所述输入电压(V输入)的第一电压值(U1)的情况中所述半导体开关件将所述输入电流(I输入)调整为第一输入电流(I输入1)，并且在所述输入电压(V输入)的第二电压值(U2)的情况中所述半导体开关件将所述输入电流(I输入)调整为第二输入电流(I输入2)，其中，所述第一电压值(U1)大于所述第二电压值(U2)并且由此通过所述调节件(2)使得所述第一输入电流(I输入1)小于所述第二输入电流(I输入2)。2.根据权利要求1所述的电路布置(1)，其中，所述半导体开关件设计为第一晶体管(Q1)，所述第一晶体管具有集电极(C1)、发射极(E1)和基级(B1)，并且所述基级(B1)与所述控制输入端(SE)连接，并且所述调节件(2)具有第二晶体管(Q2)，所述第二晶体管具有集电极(C2)、发射极(E2)和基级(B2)，所述第二晶体管(Q2)的基级(B2)经由分压器(R9、R3)与所述第一晶体管(Q1)的集电极(C1)连接，并且所述第二晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·格罗塞尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE