專利名稱：電氣隔離的簡約型直流模擬量變送輸出模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明電氣隔離的簡約型直流模擬量變送輸出模塊，涉及一種信號轉換為4-20mA直流模擬量技術領域，特別涉及工業(yè)現(xiàn)場的信號轉為4-20mA直流模擬量信號傳送到遠端的技術領域。
背景技術：
目前的4_20mA模擬量變送電路大都是沒有電氣隔離，或者有電氣隔離但是電路結構卻比較復雜，變送精度不夠高，抗干擾性差，安全性差，使得電氣隔離后的PWM信號波形失真，操作應用起來不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服帶有電氣隔離的4_20mA模擬量變送輸出電路結構復雜，變送精度不夠高，抗干擾性差，控制方式不夠簡便的不足，設計由PWM控制的一種電氣隔離的簡約型直流模擬量變送輸出模塊。其采用的技術方案是包括PWM控制信號輸入接口、+24V電源輸入接口、4-20mA直流模擬量信號輸出接口、電氣隔離模塊、信號調(diào)理模塊、4-20mA轉換模塊、以及輸出濾波保護模塊，其特征在于PWM控制信號輸入接口與電氣隔離模塊連接，電氣隔離模塊與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊與直流4-20mA轉換模塊連接，直流4-20mA轉換模塊與輸出濾波保護模塊連接，輸出濾波保護模塊與4-20mA直流模擬量信號輸出接口連接，+24V電源輸入接口與直流4-20mA轉換模塊連接，所述的控制信號為PWM脈寬調(diào)制信號，所述的PWM控制信號與4-20mA輸出模塊之間有光耦芯片的電氣隔離，并且采用了高速光耦芯片，所述的在信號調(diào)理模塊中，通過電氣隔離的PWM信號，利用軌對軌運算放大器組成比較器，與+2. 5V參考電壓相比較，所述的4-20mA轉換芯片，采用+24V電源供電，通過直流控制信號實現(xiàn)4-20mA轉換的同時，還輸出了 +5V電源和+2. 5V參考電壓供外圍電路使用，所述的4-20mA直流信號，經(jīng)濾波保護模塊的輸出過程中，利用并接電容實現(xiàn)抑制差模干擾，利用串接共模電感實現(xiàn)抑制共模干擾，利用并接TVS實現(xiàn)尖峰干擾電壓的吸收。實施該技術后的明顯效果是首先是克服了上述缺陷，由于帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量變送模塊整體電路結構簡單，放到實際電路板上體積小巧，達到變送精度高，由于PWM信號只需兩根信號線，所以控制方式簡單，易于集成到工業(yè)控制器的電路當中，又由于帶有電氣隔離和輸出濾波保護，安全性高，抗干擾性強，使得電氣隔離后的PWM信號波形不失真。


圖I為本發(fā)明的電路原理具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步描述見附圖1，電氣隔離的簡約型4_20mA直流模擬量變送輸出模塊的原理圖中已標示各元器件的型號，市場采購元器件按原理圖連接就可實現(xiàn)4-20mA直流模擬量變送輸出功能，其主要的連接是PWM控制信號輸入接口與電氣隔離模塊連接，電氣隔離模塊與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊與直流4-20mA轉換模塊連接，直流4-20mA轉換模塊與輸出濾波保護模塊連接，輸出濾波保護模塊與4-20mA直流模擬量信號輸出接口連接，+24V電源輸入接口與直流4-20mA轉換模塊 連接。PWM控制信號輸入接口由端子Pl組成，Pl的2腳為PWM控制信號，Pl的2腳與U301的2腳相連，Pl的I腳為PWM控制信號的參考地，Pl的I腳與U301的3腳相連；電氣隔離模塊由高速光耦芯片U301、電阻R 302組成，U301的6腳與電阻R302、電阻R303相連，U301的8腳與+5V相連，U301的5腳與GND相連，U301的I腳、4腳、7腳為空引腳；信號調(diào)理模塊由具有軌對軌輸出特性的運算放大器U302B、U302A、電阻R303、電阻R304、電阻R305、電容C301等組成，U302B用于比較器電路，R305、C301用于RC低通濾波，U302A用于跟隨緩沖器電路，U302B的5腳與R 303連接，U302B的6腳與R304相連，U302B的7腳與R305相連，R305與C301和R 306相連，R306與U302A的3腳相連，U302A的2腳與電阻R307相連，U302A的I腳與電阻R301相連；直流4_20mA轉換模塊由4-20mA轉換芯片U303、三極管Q301組成，U303的7腳與+24V電源相連，同時Q301的2腳也連接到+24V電源，U303的5腳和6腳分別于Q301的3腳和I腳相連，U303的8腳輸出+5V電源，U303的I腳輸出+2. 5V基準電壓，U301的2腳為控制輸入并與信號調(diào)理模塊的輸出經(jīng)電阻R301相連，U303的3腳為輸出的+5V電源和+2. 5V基準電壓的參考地并與GND連接，U303的4腳為4_20mA轉換輸出并與L301連接；所輸出濾波保護模塊由共模電感L 301、瓷片電容C304、TVS保護管D301組成，L301的3腳與+24V電源的參考地+24VGND連接，L301的I腳和2腳與C304和D301并聯(lián)相連；4_20mA直流模擬量信號輸出接口由端子P3組成，P3的2腳為4-20mA電流的流出端，P3的I腳為4_20mA電流的回流端；所述的+24V電源輸入接口由端子P2組成，P2的I腳為+24V，P2的2腳為+24V參考地+24VGND。見附圖1，以下進一步說明電路的工作原理+24V電源給4_20mA轉換芯片供電，4-20mA轉換芯片本身輸出一組+5V電源和+2. 5V基準電壓，+5V電源給光耦芯片和運放芯片供電，+2. 5V基準電壓給比較器電路提供參考電壓，PWM控制信號經(jīng)過電氣隔離模塊的高速光I禹隔離后，輸出為波形有一定畸變、幅值不穩(wěn)定的PWM信號，由于光I禹的供電電壓為5V，所以隔離后的PWM信號幅值不超過5V，隔離后的PWM信號輸入到信號調(diào)理模塊的比較器電路，比較器電路由具有軌對軌輸出特性的運算放大器構成，比較器電路的參考電壓為4-20mA轉換芯片輸出的+2. 5V基準電壓，由于比較器電路的特性和運放的軌對軌輸出的特性，比較器電路輸出是幅值穩(wěn)定、波形為標準方波的PWM信號，再經(jīng)過RC低通濾波電路后成為穩(wěn)定的直流電壓信號，直流電壓信號再經(jīng)過由運算放大器組成的跟隨器緩沖輸出后，作為4-20mA轉換芯片的控制信號，4-20mA轉換芯片把直流控制電壓信號變送為對應的4-20mA信號，4-20mA轉換芯片輸出的4_20mA信號再經(jīng)過共模電感、電容、TVS組成的濾波保護電路后，作為模塊最終輸出的4-20mA信號。PWM控制信號為脈寬調(diào)制信號，改變PWM信號的占空比，就可經(jīng)模塊變換到對應的4mA到20mA范圍內(nèi)的直流。
權利要求
1.PWM控制的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，包括PWM控制信號輸入接口、+24V電源輸入接口、4-20mA直流模擬量信號輸出接口、電氣隔離模塊、信號調(diào)理模塊、4-20mA轉換模塊、以及輸出濾波保護模塊，其特征在于PWM控制信號輸入接口與電氣隔離模塊連接，電氣隔離模塊與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊與直流4-20mA轉換模塊連接，直流4-20mA轉換模塊與輸出濾波保護模塊連接，輸出濾波保護模塊與4-20mA直流模擬量信號輸出接口連接，+24V電源輸入接口與直流4-20mA轉換模塊連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，其特征在于控制方式簡單，控制信號為PWM脈寬調(diào)制信號。
3.根據(jù)權利要求I所述的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，其特征在于PWM控制信號與4-20mA輸出模塊之間有光稱芯片的電氣隔離，并且米用了高速光耦芯片，使得電氣隔離后的PWM信號波形不失真。
4.根據(jù)權利要求I所述的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，其特征在于在信號調(diào)理模塊中，通過電氣隔離的PWM信號，利用軌對軌(rail to rail)運算放大器組成比較器，與+2. 5V參考電壓相比較，使得比較后的PWM信號幅值穩(wěn)定，再經(jīng)低通濾波后，得到了精確、穩(wěn)定的直流控制信號，再經(jīng)運算放大器構成的跟隨器電路緩沖輸出后連接到4-20mA轉換芯片的控制端。
5.根據(jù)權利要求I所述的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，其特征在于選用的4-20mA轉換芯片，采用+24V電源供電，通過直流控制信號實現(xiàn)4_20mA轉換的同時，還輸出了 +5V電源和+2. 5V參考電壓供外圍電路使用，從而使得電路設計得到了簡化。
6.根據(jù)權利要求I所述的帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量信號變送輸出模塊，其特征在于轉換后的4-20mA直流信號，經(jīng)濾波保護模塊的輸出過程中，利用并接電容實現(xiàn)抑制差模干擾，利用串接共模電感實現(xiàn)抑制共模干擾，利用并接TVS實現(xiàn)尖峰干擾電壓的吸收，從而保護了內(nèi)部電路并有較強的抗干擾性。
全文摘要
電氣隔離的簡約型直流模擬量變送輸出模塊。PWM控制信號輸入接口與電氣隔離模塊連接，電氣隔離模塊與信號調(diào)理模塊連接，信號調(diào)理模塊與直流4-20mA轉換模塊連接，直流4-20mA轉換模塊與輸出濾波保護模塊連接，輸出濾波保護模塊與4-20mA直流模擬量信號輸出接口連接，+24V電源輸入接口與直流4-20mA轉換模塊連接。與現(xiàn)有技術相比較，由于帶有電氣隔離的4-20mA直流模擬量變送模塊整體電路結構簡單，變送精度高，由于控制方式簡單，易于集成到工業(yè)控制器的電路當中，又由于帶有電氣隔離和輸出濾波保護，安全性高，抗干擾性強，使得電氣隔離后的PWM信號波形不失真。
文檔編號H02M3/28GK102790528SQ201110125348
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權日2011年5月16日
發(fā)明者劉巍峰, 劉悅, 孫旭熹, 張峰, 王曉輝 申請人:上海華建電力設備股份有限公司