[實用新型]PWM轉兩線制隔離電路

有效

• 申請號: 201520591837.8
• 申請日: 2015-08-07
• 公開（公告）號: CN204967790U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 謝忠華
• 申請（專利權）人: 重慶寶元森儀表制造有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 曾少麗

技術領域

本實用新型涉及一種隔離電路，尤其涉及一種脈寬調制信號(PWM)轉換為標準模擬量電信號的隔離電路。

背景技術

工業上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等；另外電物理量(簡稱電量)，例如電流、電壓、功率、頻率等，都需要轉換成標準模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。這種將物理量轉換成電信號的設備稱為變送器。工業上最廣泛采用的標準模擬量電信號是用4-20mA直流電流來傳輸模擬量。采用電流信號的原因是不容易受干擾，并且電流源內阻無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0，常取2mA作為斷線報警值。

然而在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號，又有幾十伏，甚至數千伏、數百安培的大信號；既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾，造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差，因而形成“接地環路”造成信號傳輸過程中失真。因此，要保證系統穩定和可靠的運行，“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。根據理論和實踐分析，有三種解決方案：

第一種方案：所有現場設備不接地，使所有過程環路只有一個接地點，不能形成回路，這種方法看似簡單，但在實際應用中往往很難實現，因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或確保人身安全，某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。

第二種方案：使兩接地點的電勢相同，但由于接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響，這種方案其實在實際中無法完全做到。

第三種方案：在各個過程環路中使用信號隔離方法，斷開過程環路，同時又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決接地環路問題。該方案為優先選擇方案。

實用新型內容

本實用新型的目的在于，提出一種PWM轉兩線制隔離電路，解決了共模干擾對測量精度的影響和電位不同對設備帶來的危害，具有精度高，成本低，性價比高的特點。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種PWM轉兩線制隔離電路，其包括：一MCU，所述MCU依次電性連接有PWM光電隔離器、積分電路、V/I轉換電路及濾波電路；所述V/I轉換電路與一系統電源相連接，該系統電源與MCU之間電性連接有一高頻變壓器；所述系統電源與積分電路之間連接有一基準電壓，該基準電壓一端還與PWM光電隔離器電性連接；所述濾波電路還與電壓輸入端相連接。

其中，所述PWM光電隔離器內包括有第一邏輯門電路及與其電性連接的光耦，該第一邏輯門電路一端與MCU電性連接。

進一步地，所述積分電路與PWM光電隔離器之間電性連接有第二邏輯門電路及數個電阻，該第二邏輯門電路一端還電性連接一第三邏輯門電路。

具體的，所述第一邏輯門電路、第二邏輯門電路及第三邏輯門電路均為一施密特觸發器。

優選的，所述施密特觸發器可以采用型號為MC14093BD的施密特觸發器芯片。

本實用新型中，所述V/I轉換電路內包括有相連接的第一運算放大器及一三極管Q1，該第一運算放大器與三極管Q1組成一4-20mA輸出電路。

本實用新型中，所述濾波電路內包括有4個相互電性連接的TVS二極管及兩個電容。

具體的，所述系統電源為一穩定的5V穩壓電源，該系統電源內包括有相連接的第二運算放大器及一三極管Q3。

選擇性的，所述第一運算放大器和第二運算放大器均可采用美國德州儀器公司的型號為TLC2252的軌對軌運算放大器。

具體的，所述基準電壓為一2.5V的電壓。

本實用新型的PWM轉兩線制隔離電路，是根據自身產品情況和兩線制隔離的優點而開發的電路，其整個電路設計精簡、高集成度，并且所有元器件都選擇了能夠工作于-40～85℃擴展工業級溫度區間的產品，能夠保證電源可靠應用于現場變送器，其不但解決了共模干擾對測量精度的影響和電位不同對設備帶來的危害，而且具有精度高，成本低，性價比高的特點。

附圖說明