[發(fā)明專利]一種多通道隔離型溫度采集電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510824340.0
• 申請(qǐng)日: 2015-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN105352621A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳新東;王道斌;張曉冬;金成日;張春雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司;中國(guó)廣核集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): G01K7/02
• 分類號(hào): G01K7/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫度采集電路，具體來講是一種多通道隔離型溫度采集電路。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)溫技術(shù)被廣泛地應(yīng)用與電力、冶金、化工、機(jī)械、食品等行業(yè)，在生產(chǎn)過程中有著極其重要的地位；熱電阻和熱電偶憑借其高精度高響應(yīng)速度成為兩種應(yīng)用最廣的測(cè)溫元件。

測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)很多都是高溫、高濕、強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境，且傳感器導(dǎo)線有被高電壓擊中的風(fēng)險(xiǎn)，在這種情況下，保證測(cè)溫裝置可靠穩(wěn)定的運(yùn)行尤為重要，模擬通道前端需要與數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行隔離，由于通用熱電偶信號(hào)電壓在±80mV范圍內(nèi)，信號(hào)較弱，一般采取模擬后端被AD量化為數(shù)字量后再隔離。在該隔離電路方案中，采取數(shù)字隔離器+隔離電源方案分立設(shè)計(jì)方案，模擬通道可以做到較大溫度范圍內(nèi)保持極高精度，數(shù)字隔離器體積也很小，但需另配隔離電源。模擬通道的電源通常需求多種電源，如同時(shí)需要±12V、5V。由隔離電源+數(shù)字隔離器構(gòu)成的隔離電路方案，往往還會(huì)占用較大的PCB空間，對(duì)于模擬通道密集的大型控制系統(tǒng)性價(jià)比不高。

常規(guī)模擬通道電源設(shè)計(jì)，如圖3所示，先用隔離電壓為2kV的DC/DC降壓，但由于開關(guān)電源紋波噪聲較大(幾十個(gè)mV)，所以后端還需線性穩(wěn)壓電源LDO做進(jìn)一步處理；另外模擬通道通常還需負(fù)壓，這時(shí)還需一電荷泵電路將正壓轉(zhuǎn)換成負(fù)壓，以滿足模擬通道正負(fù)電源軌對(duì)稱的需要。由于AD轉(zhuǎn)換器除模擬電源外還需要數(shù)字電源，所以通常需用一LDO做轉(zhuǎn)換。

模擬量被AD量化成數(shù)字信號(hào)后，也要進(jìn)行隔離，通常采用類似ADuM3480的數(shù)字隔離器，如圖4所示，數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)25Mbps(NRZ)；隔離耐壓，依據(jù)UL1577，1分鐘3,750Vrms；低傳播延遲：25ns(典型值)；低動(dòng)態(tài)功耗；1.8V至5V電平轉(zhuǎn)換；工作溫度最高可達(dá)：125℃；高共模瞬變抗擾度：>25kV/μs；20引腳SSOP封裝，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。上述這種隔離電路方案使用1個(gè)DCDC、2個(gè)LDO、1個(gè)電荷泵、1個(gè)數(shù)字隔離器。此種電路需器件數(shù)量多，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，占用較大PCB電路板面積，性價(jià)比不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種多通道隔離型溫度采集電路，該設(shè)計(jì)能夠滿足熱電偶模擬通道既要實(shí)現(xiàn)隔離，又要實(shí)現(xiàn)高精度，小體積，同時(shí)還滿足低功耗、高性價(jià)比的綜合性要求。

本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案：

一種多通道隔離型溫度采集電路，包括依次連接的熱電偶、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、多通道隔離電路、數(shù)據(jù)處理器及數(shù)顯設(shè)備；

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，用于將所述待測(cè)物體的模擬電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓值，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的待測(cè)物體的數(shù)字電壓值進(jìn)行校正；

多通道隔離電路，用于傳輸校正后的數(shù)字電壓值并保持其與電源隔離；

數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)電壓溫度轉(zhuǎn)換公式將所述數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換為溫度值；

數(shù)顯設(shè)備，用于顯示實(shí)際溫度值。

本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：

進(jìn)一步的，多通道隔離電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換器、隔離式穩(wěn)壓電源軌和數(shù)字隔離器通信通道，其中DC-DC轉(zhuǎn)換器和隔離式穩(wěn)壓電源軌電連，所述數(shù)字隔離器通信通道分別與DC-DC轉(zhuǎn)換器、隔離式穩(wěn)壓電源軌電氣隔離。

進(jìn)一步的，多通道隔離電路為一個(gè)6通道SPI/數(shù)字隔離器。

進(jìn)一步的，隔離式穩(wěn)壓電源軌的后端連有π型濾波器，所述多通道隔離電路的模擬接地端和數(shù)字接地端分別串接有跨接電容。

進(jìn)一步的，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包括增益放大器和RFI濾波器，在增益放大器輸入端設(shè)有限流電阻、ESD保護(hù)二極管，增益放大器通過開關(guān)二極管連通電源并通過TVS二極管接地。

進(jìn)一步的，熱電偶的冷端為四線制PT100電阻測(cè)量電路。

總之，本發(fā)明采用本隔離電路，能夠使通道較多熱電偶采集板卡有限的PCB空間實(shí)現(xiàn)較高集成，實(shí)現(xiàn)了通道高精度，高隔離，小體積，低功耗、高性價(jià)比的隔離方案。

附圖說明

圖1：熱電偶工作原理；

圖2：熱電偶信號(hào)采集處理圖；

圖3：常規(guī)模擬通道電源設(shè)計(jì)圖；

圖4：數(shù)字隔離器ADuM3480；

圖5：新型數(shù)字隔離器LTM2883；

圖6：本發(fā)明中隔離電路的連接示意圖；

圖7：本發(fā)明中原邊和副邊的跨接電容；

圖8：熱電偶模擬通道信號(hào)流圖。

圖9：熱電偶冷端采集電路。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1