一种输入阻抗高输出功率大的数字接口电路及工控机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种输入阻抗高输出功率大的数字接口电路及工控机。包括用于连接工控机I/O口的控制信号端（IN1），用于连接功率负载的功率输出端（OUT1）；控制信号端（IN1）通过第一电阻（R1）连接一个电力MOS管（V1）的栅极（G），第二电阻（R6）连接在所述电力MOS管栅极（G）与地之间，该电力MOS管源极（S）接地，漏极（D）连接所述功率输出端（OUT1）。接口电路利用MOS管的特性，实现数字系统与大功率外设的良好对接。电路结构简单，输入阻抗高，输出电流大。仅需要几十个微安的输入电流，输出可达几安培甚至20A。一级MOS管就可完成驱动电压不大于60V，电流不大于20A的功率负载；能极大地满足单片机、计算机、数字电路、板卡直接驱动功率负载的要求，可与所有数字输出电路进行配套。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本新型涉及数字电路
，特别是当采用单片机等数字电路驱动控制大功率器件时，能够提供较高输入阻抗、较大输出电流的接口电路。
技术介绍
众所周知，单片机、计算机、数字电路需要对外输出时，一般有两种考虑。一是负载有多高的输入阻抗，二是输出级能够输出多大的输出电流。惯用的手法都需要进行功率匹配，如通过光偶进行功率转换，三极管放大等。但这些方法对于更重一些的大功率负载就成了问题，况且光偶、三极管都是电流控制元件，需要前级有一定的电流，对输出级有很高的状态稳定性要求。
技术实现思路
本新型的目的是提供一种输入阻抗高输出功率大的数字接口电路、实现数字系统与大功率外设的良好对接，满足单片机、工控机、数字电路对功率负载一级对接。以解决现有技术难以实现采用单片机等数字电路驱动控制大功率负载的问题。另外，本新型还提供一种具有上述接口电路的工控机。为实现上述目的，本技术的工控机方案是一种工控机，所述工控机的至少一个I/O 口上设有用于连接功率负载的输入阻抗高输出功率大的数字接口电路，所述接口电路包括连接所述工控机I/O 口的控制信号端(mi)，用于连接功率负载的功率输出端 (OUTl)；所述控制信号端(mi)通过第一电阻(Rl)连接一个电力MOS管(Vl)的栅极(G)， 第二电阻(R6)连接在所述电力MOS管栅极(G)与地之间，该电力MOS管源极(S)接地，漏极 (D)连接所述功率输出端(0UT1)。所述电力MOS管漏极(D)通过第三电阻(Rll)连接所述功率输出端(0UT1)。所述电力MOS管为25N07型的MOS管。本专利技术的接口电路方案是一种输入阻抗高输出功率大的数字接口电路，包括用于连接工控机I/O 口的控制信号端(mi)，用于连接功率负载的功率输出端(0UT1);控制信号端(mi)通过第一电阻(Rl)连接一个电力MOS管(Vl)的栅极(G)，第二电阻(R6)连接在所述电力MOS管栅极(G)与地之间，该电力MOS管源极(S)接地，漏极(D)连接所述功率输出端(0UT1)。所述电力MOS管漏极(D)通过第三电阻(Rll)连接所述功率输出端(0UT1)。所述电力MOS管为25N07型的MOS管。本新型由于利用了 MOS管的特性实现了起到了高输入阻抗高功率输出的作用。由于它的输入阻抗很高，对前级要求的输出的功率极小，仅需要几十个微安的电流，而它容许输出安培级以上的电流输出，具有极大的功率放大能力，不会对前级产生不利影响，对后级又能提供交强的功率输出，大大降低了配套条件要求，能与所有数字输出电路进行配套，同时本接口电路兼有电子开关和直流继电器的特点，跟踪速度快、输出功率大。第一、第二电阻设定了电路静动态工作状态，排除了静电等干扰，电路稳定，具有高可靠性。附图说明图1是接口电路原理图；图2是多个接口电路原理图；图3是工控机的电路原理图。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步详细的说明。接口电路实施例如图1所示的一种输入阻抗高输出功率大的数字接口电路，包括用于连接单片机等数字控制芯片引脚(包括各种控制器件的I/O)的控制信号端IN1，用于连接功率负载的功率输出端OUTI ；控制信号端mi通过第一电阻Rl连接一个电力MOS管Vl的栅极G，第二电阻R6连接在所述电力MOS管栅极G与地之间，该电力MOS管源极S接地，漏极D连接所述功率输出端0UT1。Rl、R6设定了电路静动态工作状态，排除了静电等干扰，电路稳定，具有高可靠性。如果功率负载中没有相应的限流措施，应该在漏极D与功率输出端OUTl之间串接第三电阻R11。电路分为信号回路与功率回路，信号回路指Vi栅极到mi部分。第一限流电阻Ri 为:3ΚΩ，电阻R6为220 ΚΩ，且R6接地，R6为Vl确定一个输入阻抗，用于进行阻抗变换， 对输入的扭矩信号起到稳定作用。功率回路包括Vl漏极到源极。当电源电压通过功率负载与OUTl或Rll连接在一起时，通过mi输入电压信号就驱动功率回路，导通或截断负载回路流过的电流。Vl管为N沟道电力MOS场效应管。它的输入阻抗在IO8-IO12 Ω之间，对于前级，如单片机、计算机、数字电路、板卡需要的输出电流微小甚微，保证了输出级电路工作的稳定性和使用寿命；电力MOS管的另一个特点输出阻抗低，输出电流大，本技术采用的是25Ν07型的MOS管输出电流为25Α，电源电压可达60V。输出阻抗只有几欧姆。输出电流有上千倍的输入电流，起到了直接驱动功率负载的作用。图1中由于MOS管的阻抗很高，容易受到干扰处于导通状态，将阻值220Κ Ω的R6同Vl的G和S并在一起，设置了一个静态的0电平，也保证了 R6//rgs ^ 220ΚΩ。图2中，相同的五个单元电路(图1所示接口电路)组合在一起，可以满足五通道接口输出，共带有五个功率负载。可以满足单片机、计算机、工控机、数字电路、板卡直接驱动功率负载的要求。结构简单，仅需要MOS管一级就可驱动电压不大于60V，电流不大于20A 的功率负载，起到了高输入高功率输出的作用。由于它的输入阻抗很高，对前级要求的输出的功率极小，仅需要几十个微安的电流，而它容许输出安培级以上的电流输出，具有极大的功率放大能力，就大大降低了配套条件要求，能与所有数字输出电路进行配套，是一种极好的数字接口电路。工控机实施例如图3是一个工控机，其五个I/O 口分别对应的功率负载为点火继电器、E⑶电源、固态继电器、电磁离合器1、电磁离合器2 ；每个I/O 口对应一个接口电路。以第一个端口为例，当工控机的控制信号由mi加入到Vi的信号回路时，加在Vi管G脚的电压为 Ug=U皿*R6D/ (R1+R6D)；其中 R6d=R6 // Rgs, Res为Vl管G脚到地的输入阻抗，由于其输入阻抗很高， R6d=R6 Il Rgs=R6,由于 Rl 为 3K Ω，R6 为 220K Ω，R6 R1，UG=UIN1*R6D/ (R1+R6d) ^ Uim ；Vl管导通，点火电压(12V或MV)通过Vl导通时的D到S之间呈现极小的阻抗有足够的电流流过点火继电器，进而启动了发动机进行工作。而当工控机的控制信号电压为 0时，Vl截止，没有电流流过点火继电器，发动机就回停止不动。同理当工控机的控制信号由IN5加入到V5的输入回路时，电磁离合器2得电吸合，使连接的负载进入工作。而当工控机的控制信号电压为0时，V5截止，没有电流流过电磁离合器2，使后级负载处在脱离状态。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工控机，其特征在于，所述工控机的至少一个I/O 口上设有用于连接功率负载的输入阻抗高输出功率大的数字接口电路，所述接口电路包括连接所述工控机I/O 口的控制信号端(mi)，用于连接功率负载的功率输出端(0UT1)；所述控制信号端(INi)通过第一电阻(Rl)连接一个电力MOS管(Vl)的栅极(G)，第二电阻器(R6)连接在所述电力MOS管栅极(G)与地之间，该电力MOS管源极(S)接地，漏极(D)连接所述功率输出端(0UT1)。2.根据权利要求1所述的一种工控机，其特征在于，所述电力MOS管漏极(D)通过第三电阻(Rl 1)连接所述功率输出端(OUT 1)。3.根据权利要求1或2所述的一种工控机，其特征在于，所述电力MOS管为25N07型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张满莉，严世宝，杨敬伟，韩国峰，王凤魁，
申请(专利权)人：凯迈洛阳机电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：