开关量输出电路、电路板组件及电子设备的制作方法

1.本技术实施例涉及电路技术领域，特别涉及一种开关量输出电路、电路板组件及电子设备。


背景技术：

2.目前，在通讯、工业控制、电力自动化等领域中，开关量输出接口是实现设备互连、通信及控制动作的电气接口，但由于在实际中，开关量输出接口处于复杂的电磁环境中工作，开关量输出接口可能受到源于雷击或操作过电压等的浪涌电压的冲击，若开关量输出接口连接的开关量输出电路不增加任何过压保护器件，仅依靠开关量输出电路本身器件的隔离性能，无法承受较大的浪涌电压，会导致开关量输出电路的器件损坏、信息丢失、复位或误动作。相关技术中，为了应对开关量输出接口的浪涌电压的冲击，常用的做法是在每个开关量输出接口处增加过压保护器件，从而使得开关量输出电路具有良好的防浪涌能力。
3.然而，为了防浪涌电压的冲击而增加的过压保护器件，破坏了开关量输出电路的绝缘，容易使得开关量输出电路在耐压测试中无法顺利通过。即，开关量输出电路在耐压测试中会被施加较高的工频或直流电压，外界沿开关量输出电缆侵入的工频过电压会导致过压保护器件过功率损坏，且导致该开关量输出电路耐压测试不通过。而且，对于多回路继电器，需要每个触点都增加过压保护器件，占用电路板面积大，成本高。


技术实现要素：

4.本技术实施例的主要目的在于提出一种开关量输出电路、电路板组件及电子设备，使得在降低开关量输出电路中过压保护器件承受的浪涌电压的同时，提高开关量输出电路的耐压能力。
5.为实现上述目的，本技术实施例提供了一种开关量输出电路，包括：控制电路、触点开关、线圈、第一过压保护器件、第二过压保护器件；所述控制电路的第一端连接所述线圈的第一端，所述控制电路的第二端连接所述线圈的第二端，所述触点开关与所述线圈之间存在分布电容；所述控制电路通过调整所述线圈的磁场控制所述触点开关的导通与关断；所述第一过压保护器件的第一端连接至所述控制电路的第一端与所述线圈的第一端之间，所述第一过压保护器件的第二端连接至所述控制电路的第二端与所述线圈的第二端之间；所述第二过压保护器件的第一端连接至所述控制电路的第二端与所述线圈的第二端之间，所述第二过压保护器件的第二端连接至保护地。
6.为实现上述目的，本技术实施例还提供了一种电路板组件，包括上述的开关量输出电路。
7.为实现上述目的，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括上述的电路板组件。
8.相关技术中将过压保护器件设置在触点开关一端，从而出现过压保护器件承受的浪涌电压较大以及开关量输出电路的耐压能力较差的问题；本技术提出的开关量输出电路通过将第一过压保护器件、第二过压保护器件设置在线圈一端，通过触点开关与线圈之间
处的电压波形图，如图3所示，为开关量输出接口out 、out-存在浪涌时，线圈l一侧的电压波形图，其中，图2、图3中开关量输出接口out 、out-存在浪涌相同。
21.参见图2可知，开关量输出接口out 、out-处的电压最高可达到4kv；参见图3所示，在开关量输出接口out 、out-存在的浪涌相同的情况下，线圈l一侧的电压最高仅为200v；也就是说，在开关量输出接口out 、out-处受到浪涌时，触点开关s一侧的浪涌电压较大，线圈l一侧的浪涌电压较小。
22.具体地说，本实施例通过将第一过压保护器件102、第二过压保护器件103设置在线圈l一端，由于触点开关s与线圈l之间存在分布电容，具有一定的隔离能力，可以阻挡大部分的浪涌从触点开关s一侧传递到线圈l一侧，从而使得线圈l一侧的浪涌电压大幅度降低，相比较相关技术而言，在开关量输出接口承受的浪涌电压相同的情况下，本技术的过压保护器件承受的浪涌电压较小。而相关技术中开关量输出接口out 、out-分别连接有一个过压保护器件，也就是说，过压保护器件承受的浪涌电压较大，而本技术中的第一过压保护器件102、第二过压保护器件103均设置在线圈l一侧，所承受的浪涌电压较小，因此，本技术相比较相关技术而言，在开关量输出接口承受的浪涌电压相同的情况下，本技术的过压保护器件承受的浪涌电压较小，降低了过压保护器件被损坏的几率。
23.在实际应用中，当开关量输出接口out 、out-存在的浪涌的情况下，首先通过触点开关s、线圈l之间的分布电容阻挡大部分的浪涌从触点开关s一侧传递到线圈l一侧，之后会有部分浪涌到达第一过压保护器件102和第二过压保护器件103，第一过压保护器件102的第一端连接sw，第一过压保护器件102的第二端连接gnd，可以吸收开关量输出电路中的差模浪涌以及反向电动势，第二过压保护器件103第一端连接gnd，第二过压保护器件103第二端连接pgnd，可以将gnd的浪涌泄放到保护地pgnd。需要说明的是，当sw处的浪涌电压大于gnd的浪涌电压时，第一过压保护器件102会将sw处的浪涌电压传递至gnd处，并通过第二过压保护器件103涌泄放到保护地pgnd。
24.如图4所示，为本实施例的开关量输出电路在控制电路处的电压波形示意图，其中，开关量输出接口out 、out-的电压与图2、图3的相同；可以看出，本实施例可以在开关量输出接口out 、out-的电压最高可达到4kv的情况下，将控制电路处的电压降低在30v左右，而参见图3可知，由于相关技术中，线圈l与控制电路之间不存过压保护器件，图3中的线圈l一侧的电压也就是控制电路的电压；可见，本技术相对于相关技术而言，控制电路处的电压大幅度降低，从而避免开关量输出接口out 、out-侵入的浪涌对控制电路的冲击破坏。
25.需要说明的是，在实际生产加工过程中，会对开关量输出电路进行耐压测试，即开关量输出电路在耐压测试中会被施加较高的工频或直流电压，而由于相关技术直接将过压保护器件设置在开关量输出接口out 、out-，外界沿开关量输出电缆侵入的工频过电压会导致过压保护器件过功率损坏，从而导致该开关量输出电路耐压测试不通过。而本实施例相比较相关技术而言，在开关量输出接口承受的测试电压相同的情况下，本实施例在对该开关量输出电路进行耐压测试时，由于触点开关s与线圈l之间存在分布电容，而分布电容可以阻挡耐压测试的电压传递至第一过压保护器件102、第二过压保护器件103，第一过压保护器件102、第二过压保护器件103无需承受测试电压，提高了开关量输出电路的耐压能力较强，即开关量输出电路耐压测试通过率较高。
26.需要说明的是，相关技术中，开关量输出电路可能会存在多个触点开关，每个触点
开关处的开关量输出接口均会连接有过压保护器件，例如压敏电阻；然而由于每个触点开关的开关量输出接口均设置有过压保护器件，不仅增加的电路的复杂性以及成本，具有该电路的电路板的体积也会较大。而本技术中，仅需在线圈一侧设置第一过压保护器件102、第二过压保护器件103，就可在保证开关量输出电路仍具有良好的防浪涌能力的同时，降低开关量输出电路的复杂性，减小开关量输出电路的体积以及成本。
27.本实施例中，通过将第一过压保护器件102、第二过压保护器件103设置在线圈l一端，通过触点开关s与线圈l之间存在分布电容隔离大量浪涌，使得到达线圈l一端的浪涌较小，相比较相关技术而言，在开关量输出接口承受的浪涌电压相同的情况下，本技术的过压保护器件承受的浪涌电压较小；当对该开关量输出电路进行耐压测试时，由于触点开关s与线圈l之间存在分布电容，从而阻挡了耐压测试的电压传递至第一过压保护器件102、第二过压保护器件103，第一过压保护器件102、第二过压保护器件103无需承受测试电压，相比较相关技术而言，在过压保护器件的额定电压相同的情况下，本技术的开关量输出电路的耐压能力较强。
28.在一个例子中，第一过压保护器件102包括瞬态二极管、整流二级管、rc电路的其中一个。
29.在一个例子中，第二过压保护器件103为瞬态二极管、钳位二极管的其中一种。
30.在一个例子中，第一过压保护器件的额定电压大于开关量输出电路的工作电压，例如1.2倍、1.3倍、1.4倍；第二过压保护器件的额定电压大于开关量输出电路工作电压，例如1.2倍、1.3倍、1.4倍。将过压保护的器件的额定电压设置比开关量输出电路的工作电压高，使得在没有过电压冲击的情况下，开关量输出电路正常工作的电压不会导致过压保护器件运作，确保在开关量输出电路正常工作时，过压保护器件不会影响开关量输出电路的工作；在有浪涌冲击的情况下，过压保护器件的电压上升到过压保护器件的启动电压时(这个启动电压比过压保护器件的额定电压稍高)，过压保护器件开启运转即吸收浪涌电压，达到保护控制电路的目的。因此，为了确保过压保护器件仅在存在浪涌冲击的情况下才运作，需要设置过压保护器件的额定功率大于开关量输出电路正常工作的电压，确保在开关量输出电路在正常工作时，过压保护器件不运作。
31.本技术的第二实施例涉及一种开关量输出电路。第二实施例与第一实施例大致相同，主要区别之处在于：本技术第二实施例中，第一过压保护器件为单向瞬态二极管，第二过压保护器件为双向瞬态二极管。需要说明的是，上述第一实施例的各实施细节在本实施例中依然有效，为了避免重复，在此不作赘述。
32.本技术的第二实施例涉及一种开关量输出电路，具体流程如图5所示，包括：控制电路201、触点开关s、线圈l、单向瞬态二极管vd1、双向瞬态二极管vd2。
33.具体地说，控制电路201的第一端a连接线圈l的第一端g，控制电路201的第二端b连接线圈l的第二端h，触点开关s与线圈l之间存在分布电容；控制电路201通过调整线圈l的磁场控制触点开关s的导通与关断；单向瞬态二极管vd1的第一端c为阴极，连接至控制电路201的第一端a与线圈l的第一端g之间，即sw，单向瞬态二极管vd1的第二端d为阳极，连接至控制电路101的第二端b与线圈l的第二端h之间，即开关量输出电路的接地端gnd；双向瞬态二极管vd2的第一端e连接至控制电路201的第二端b与线圈l的第二端h之间，双向瞬态二极管vd2的第二端f连接至保护地pgnd，触点开关的两端分别为开关量输出电路的开关量输
出接口out 、out-。
34.具体地说，当开关量输出接口out 、out-的浪涌通过触点开关s、线圈l之间的分布电容部分传递至线圈l一侧之后，若sw处的浪涌电压大于gnd的浪涌电压时，单向瞬态二极管vd1会被浪涌击穿，从而将sw处的浪涌电压传递至gnd处，并通过第二过压保护器件103涌泄放到保护地pgnd；若gnd处的浪涌电压大于sw的浪涌电压时，双向瞬态二极管vd2将gnd的浪涌泄放到保护地pgnd。
35.本实施例通过将第一过压保护器件设置为单向瞬态二极管，不仅提高了吸收反向电动势、差模浪涌的速度，而且由于单向瞬态二极管相比较于双向瞬态二极管而言成本较低，可以节约开关量输出电路的成本；本实施例通过将第二过压保护器件设置为双向瞬态二极管，提高了第二过压保护器件吸收接地端浪涌电压的速度。
36.在一个例子中，第一过压保护器件的额定电压为开关量输出电路工作电压的1.2倍；第二过压保护器件的额定电压为开关量输出电路工作电压的1.2倍。由于过压保护器件额定电压参数存在一定容差范围，开关量输出电路的工作电压也有波动上限，为了避免在没有外界浪涌过电压冲击时，过压保护器件由于本身的容差范围以及开关量输出电路的工作电压的波动而误动作，过压保护的器件的额定电压必须比开关量输出电路的工作电压高；因此，本实施例将过压保护器件的额定功率设置为开关量输出电路的工作电压的1.2倍就是考虑了过压保护器件额定电压容差范围和开关量输出电路的工作电压也有波动上限，将过压保护器件的额定功率设置在此数值，可以避免在没有外界浪涌过电压冲击时，过压保护器件误动作的问题。
37.本技术第三实施例涉及一种电路板组件，包括上述第一实施例、第二实施例的开关量输出电路。
38.本实施例通过运用上述的开关量输出电路，相对于相关技术而言，在降低电路板组件中过压保护器件承受的浪涌电压同时，提高电路板组件的耐压能力。
39.本技术第四实施例涉及一种电子设备，包括上述第三实施例的电路板组件。
40.本实施例通过运用上述的电路板组件，相对于相关技术而言，在降低电子设备的电路板组件中过压保护器件承受的浪涌电压同时，提高电子设备的电路板组件的耐压能力。