CN101051416A - 信号隔离传送电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可使用普通光耦合器的信号隔离传送电路，为解决需使用线性光耦合器导致成本较高的问题，本发明中，先由采样电路采样得到输入模拟信号并送到比较电路；同时，由三角波发生电路向比较电路提供三角波信号；然后由比较电路根据输入模拟信号和三角波信号，向光耦合器的原边提供输入PWM信号；光藕合器将其传送到副边后，经还原电路进行转换，即可得到还原模拟信号。这种电路可可使用普通光藕合器，整个电路所表现出的性能与使用线性光耦合器时相差无几，但成本却可大幅度降低。
Description
技术领域
本发明涉及交直流电压信号隔离传送技术，更具体地说，涉及一种可使用普通光耦合器的信号隔离传送电路。
背景技术
当交直流电压模拟信号需跨接原副边传送时，现有技术中，一般是先取得采样模拟信号，然后经过线性光藕合器或变压器传送到另一边，最后作还原处理。使用变压器的缺点是无法传送直流信号；而使用线性光藕合器的不足是成本较高，由于其高精度成本较高，而使用普通光耦合器又无法满足模拟信号传送的需要。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决现有技术中用于隔离传送模拟信号的电路由于需使用线性光耦合器所以成本较高的问题，并提供一种可使用普通光耦合器的信号隔离传送电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种信号隔离传送电路，其中包括光耦合器，还包括：与所述光耦合器的原边连接、用于将输入模拟信号转换为输入脉宽调制(PWM，即Pulse Width Modulation)信号的调制电路；以及，与所述光耦合器的副边连接、用于对所述光耦合器的输出信号进行转换以还原出模拟信号的还原电路。
本发明中，所述调制电路中可包括三角波发生电路和比较电路；所述比较电路的第一输入端接所述输入模拟信号，第二输入端接由所述三角波发生电路提供的三角波信号；所述比较电路根据所述输入模拟信号和三角波信号，向所述光耦合器的原边提供所述输入脉宽调制信号。其中，所述比较电路可以是一个比较器，其负输入端接所述输入模拟信号，正输入端接所述三角波信号。
本发明中，所述调制电路中还可包括由分压电阻组成、向所述比较电路的第一输入端提供所述输入模拟信号的信号采样电路。
本发明的所述还原电路中可包括一个非门以及由电阻电容组成的滤波电路；所述非门的输入端接所述光耦合器的输出信号，输出端接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路输出还原的模拟信号。
本发明的一种方案中，所述光耦合器原边的发光二极管的正极经一个电阻接正电源，负极接所述输入脉宽调制信号，在发光二极管的正极与负极之间还接有一个电阻。另一种方案中，所述光耦合器原边的发光二极管的正极接所述输入脉宽调制信号，并经一个电阻接正电源，负极则接地。
本发明的一种方案中，所述光耦合器副边的光敏三极管的集电极提供所述光耦合器输出信号，集电极还经一个电阻接正电源，发射极则接地，在光敏三极管的集电极与发射极之间接有一个电容。另一种方案中，所述光耦合器副边的光敏三极管的集电极经一个电阻接正电源，发射极提供所述光耦合器输出信号，并经并联的一个电容和一个电阻接地。
由上述方案可知，本发明中，在传送交直流电压模拟信号时，首先用三角波将其调制为PWM信号，然后通过普通光藕合器传送到副边，最后由滤波电路还原成模拟信号。其中所使用的均为成熟的普通器件，电路所表现出的性能与使用线性光耦合器时相差无几，但成本却可大幅度降低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的信号隔离传送电路的原理框图；
图2是本发明一个优选实施例中采样电路的示意图；
图3是本发明一个优选实施例中三角波发生电路的示意图；
图4是本发明一个优选实施例中光耦合器的连接电路图；
图5是本发明一个优选实施例中还原电路的示意图；
图6是光耦合器原边的另一种连接示意图；
图7是光耦合器副边的另一种连接示意图。
具体实施方式
本发明的信号隔离传送电路的原理如图1所示，其中，采样电路104、三角波发生电路105和比较电路106组成前述调制电路102。工作时，先由采样电路104对模拟信号进行采样，得到输入模拟信号并送到比较电路106；同时，由三角波发生电路105向比较电路提供三角波信号；比较电路106根据输入模拟信号和三角波信号，向光耦合器101的原边提供输入PWM信号；光藕合器将该PWM信号传送到副边后，经还原电路103进行转换，得到还原模拟信号。
如图2所示是本发明一个优选实施例中的采样电路示意图，其中通过电阻进行分压，将由左上部输入的交流输入信号(即图2中的AC input)降到适当的范围，再经运算放大器201处理以得到输入模拟信号(即图2中的ACsample)，然后提供给比较电路106。
如图3所示是本发明一个优选实施例中的三角波发生电路的电路示意图，从图中可以看出，本实施例中通过对方波进行积分来产生三角波，其中比较器301的输出为方波，而运算放大器302的输出为三角波。具体实施时，还可采用其他成熟的三角波发生电路。
根据图1所示的原理框图，图2所示采样电路向比较电路106提供输入模拟信号，而图3所示三角波发生电路向比较电路106提供三角波信号，比较电路106根据该输入模拟信号和三角波信号，向光耦合器101的原边提供输入PWM信号。其中的比较电路106可使用现有的普通比较器。在图4和图6中，输入模拟信号提供到比较电路106的负输入端，而三角波信号则提供到其正输入端。
图4是本发明一个优选实施例中的光耦合器连接电路图，其中，光耦合器原边的发光二极管的正极经一个电阻接15V正电源，负极接由比较电路106提供的输入PWM信号，正负极之间还接有一个电阻。光耦合器副边的光敏三极管的集电极提供所述光耦合器输出信号(此处为副边PWM信号，即图4中的PWMSecond)，并经一个电阻接3.3V正电源，发射极则接地，在其集电极与发射极之间接有一个电容。
如图5所示是本发明一个优选实施例中的还原电路示意图，来自图4的副边PWM信号由左侧输入，经非门501进行整形处理，然后经由电阻、电容组成的滤波电路处理后，将方波滤为直流信号，电平随占空比变化而变化，最终得到还原模拟信号(即图5中的sample out)。具体实施时，还可使用其他还原电路。
在整个传输环节中，原边信号从模拟数字变换到副边滤波还原，经过的环节较多，包括采样、三角波基准、光藕传送开关量、以及最后的非门整形，每一个环节都易受到周边电路干扰。针对外界的固有干扰，本发明中使用“相对误差”概念来处理，也就是使用同样的传送环节以及印刷电路板，在原边用一个基准电压(如10V)传递到副边，通过DSP检测还原后，计算出整个环节的引入误差。如果此10V信号经DSP还原成为10.1V，则误差是偏大了1％；那么，可通过软件自动将所有传递到副边的信号幅值降低1％，以抵消传输环节所引入的误差。
本发明的一个优选实施例中，信号隔离传送电路在实际应用中的测试结果如下：检测交流输入电压，输入值在180V～290V之间时，此电路送至DSP(数字信号处理器)电压检测口的信号通过软件识别后还原输入信号，还原误差不超过±2.5V。采样电路输入85V～300V全范围还原误差不超过±5V，此精度用于于交流输入检测保护的应用场合，完全能够满足使用要求。
如图6所示，具体实施时，光藕合器还可采用上导通方式，其中，光耦合器原边的发光二极管的正极接由比较电路106所提供的输入PWM信号，并经一个电阻接15V正电源，负极则接地；副边的连接关系与图4相同。
具体实施时，光耦合器的副边还可有连接方式，如图7所示，其中，光耦合器内的光敏三极管的集电极经一个电阻接3.3V正电源，发射极提供所述光耦合器输出信号，并经并联的一个电容和一个电阻接地。本图中未画出原边的连接方式，具体实施时，可以是图4或图6所示连接方式。
Claims (9)
1、一种信号隔离传送电路，其中包括光耦合器，其特征在于，
还包括：与所述光耦合器的原边连接、用于将输入模拟信号转换为输入脉宽调制信号的调制电路；以及，与所述光耦合器的副边连接、用于对所述光耦合器的输出信号进行转换以还原出模拟信号的还原电路。
2、根据权利要求1所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述调制电路中包括三角波发生电路和比较电路；所述比较电路的第一输入端接所述输入模拟信号，第二输入端接由所述三角波发生电路提供的三角波信号；所述比较电路根据所述输入模拟信号和三角波信号，向所述光耦合器的原边提供所述输入脉宽调制信号。
3、根据权利要求2所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述调制电路中还包括向所述比较电路的第一输入端提供所述输入模拟信号的信号采样电路。
4、根据权利要求2所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述比较电路为一个比较器，所述比较器的负输入端接所述输入模拟信号，正输入端接由所述三角波发生电路提供的三角波信号。
5、根据权利要求1所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述还原电路中包括一个非门，还包括由电阻电容组成的滤波电路；所述非门的输入端接所述光耦合器的输出信号，输出端接所述滤波电路的输入端；所述滤波电路输出还原的模拟信号。
6、根据权利要求1-5中任一项所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述光耦合器原边的发光二极管的正极经一个电阻接正电源，负极接所述输入脉宽调制信号，在发光二极管的正极与负极之间还接有一个电阻。
7、根据权利要求1-5中任一项所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述光耦合器原边的发光二极管的正极接所述输入脉宽调制信号，并经一个电阻接正电源，负极则接地。
8、根据权利要求1-5中任一项所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述光耦合器副边的光敏三极管的集电极提供所述光耦合器输出信号，集电极还经一个电阻接正电源，发射极则接地，在光敏三极管的集电极与发射极之间接有一个电容。
9、根据权利要求1-5中任一项所述的信号隔离传送电路，其特征在于，所述光耦合器副边的光敏三极管的集电极经一个电阻接正电源，发射极提供所述光耦合器输出信号，并经并联的一个电容和一个电阻接地。
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