CN101714832A - 高速脉冲隔离传输电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速脉冲隔离传输电路。目前实现电气隔离的技术抗电磁干扰能力较差。本发明的电路包括整流电路、恒流驱动电路、高速光耦、施密特整形电路。整流电路包括四个二极管构成的全桥整流和一个TVS管；恒流驱动电路包括两个三极管、四个电阻和一个电容；施密特整形电路包括施密特触发器和一个电阻，施密特触发器的输入端与高速光耦中的三极管的集电极连接，施密特触发器的输出端作为整个高速脉冲隔离电路的输出端。本发明电路对输入的交流脉冲信号先进行全桥整流，然后对高速光耦用恒流驱动，高速光耦的输入驱动电流基本保持不变，从而保证了该电路不仅具有很强的抗干扰能力，而且信号传输失真小和输入脉冲电压的幅度范围宽。

Description

高速脉冲隔离传输电路

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，涉及一种电路，具体涉及一种工业现场控制的高速脉冲隔离电路，主要用于工业现场高速脉冲信号的电气隔离。

背景技术

工业生产现场电气设备较多，往往既有强电，又有弱电，并且生产环境条件较恶劣，因此为了保证控制系统的安全可靠运行，工业现场控制系统的输入或输出端必须具有较强的抗干扰能力，另外还需要对工业现场控制系统的输入或输出信号进行必要的电气隔离。传统电气隔离的方法主要用变压器或继电器实现，继电器能完成低速脉冲信号的电气隔离，但继电器的触点寿命短，因此实际使用困难；脉冲变压器能实现高速脉冲信号的电气隔离，但脉冲变压器抗电磁干扰能力较差，并且体积较大，影响控制器PCB板的整体布局和美观，而高速光耦的出现较好的解决了上述问题。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种用于工业现场控制器的高速脉冲隔离电路，它能完成高速交流脉冲的隔离传输，并具有波形失真小，抗干扰能力强、输入脉冲电压的幅度范围宽的特点。

本发明的电路包括整流电路、恒流驱动电路、高速光耦、施密特整形电路。

整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和TVS管；第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极与TVS管的负极连接，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极与TVS管的正极连接；高速脉冲的一个输入端IN1与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极连接，高速脉冲的另一个输入端IN2与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成全桥整流。

恒流驱动电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、保护电阻R5、电容C1；第二三极管Q2的发射极与第一三极管Q1的基极、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、电容C1的一端连接；第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的另一端、电容C1的另一端连接；第一三极管Q1的发射极、第三电阻R3的另一端均与TVS管的正极连接；第二三极管Q2的集电极与保护电阻R5的一端连接，保护电阻R5的另一端、第一电阻R1的另一端均与TVS管的负极连接。

高速光耦U1包括发光二极管D5、光敏二极管D6、三极管Q3；发光二极管D5与光敏二极管D6位置对应，三极管Q3的基极与光敏二极管D6的正极连接，光敏二极管D6的负极接电源VCC，三极管Q3的发射极接地；发光二极管D5的正极与TVS管的负极连接，发光二极管D5的负极与第二三极管Q2的集电极连接。

施密特整形电路包括施密特触发器U2和第四电阻R4，施密特触发器U2的输入端与三极管Q3的集电极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接电源VCC，施密特触发器U2的输出端作为整个高速脉冲隔离电路的输出端OUT。

本发明电路对输入的交流脉冲信号先进行全桥整流，然后对高速光耦用恒流驱动，在脉冲电压幅度10V-35V范围内变化时，高速光耦的输入驱动电流基本可保持在18mA左右，从而保证了这种电路不仅具有很强的抗干扰能力，而且信号传输失真小和输入脉冲电压的幅度范围宽。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于工业现场控制器的高速脉冲隔离传输电路，包括整流电路、恒流驱动电路、高速光耦、施密特整形电路。

整流电路包括第一二极管D1(MMBD7000)、第二二极管D2(MMBD7000)、第三二极管D3(MMBD7000)、第四二极管D4(MMBD7000)和TVS管(SMBJ36A)。第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极与TVS管的负极连接，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极与TVS管的正极连接；高速脉冲的一个输入端IN1与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极连接，高速脉冲的另一个输入端IN2与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成全桥整流。

恒流驱动电路包括第一三极管Q1(2N3904)、第二三极管Q2(BCP56)、第一电阻R1(5.6KΩ)、第二电阻R2(4.7KΩ)、第三电阻R3(39Ω)、保护电阻R5(4.7KΩ)、电容C1(22PF)。第二三极管Q2的发射极与第一三极管Q1的基极、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、电容C1的一端连接；第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的另一端、电容C1的另一端连接；第一三极管Q1的发射极、第三电阻R3的另一端均与TVS管的正极连接；第二三极管Q2的集电极与保护电阻R5的一端连接，保护电阻R5的另一端、第一电阻R1的另一端均与TVS管的负极连接。

高速光耦U1(FOD050)包括发光二极管D5、光敏二极管D6、三极管Q3。发光二极管D5与光敏二极管D6位置对应，三极管Q3的基极与光敏二极管D6的正极连接，光敏二极管D6的负极接电源VCC，三极管Q3的发射极接地；发光二极管D5的正极与TVS管的负极连接，发光二极管D5的负极与第二三极管Q2的集电极连接。

施密特整形电路包括施密特触发器U2(SN74HC14)和第四电阻R4(10KΩ)。施密特触发器U2的输入端与三极管Q3的集电极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接电源VCC，施密特触发器U2的输出端作为整个高速脉冲隔离电路的输出端OUT。

本发明电路的工作原理如下：

交流脉冲信号输入后，先用二极管D1～D4进行全桥整流，把它变成直流脉冲信号，当输入脉冲中存在尖峰信号时，由TVS管完成尖峰信号吸收；三极管Q1、Q2和电阻R1、R2、R5、R4构成高速光耦的恒流驱动电路，电阻R4起电流负反馈作用，当输入脉冲电压幅度变大时，流入第二三极管Q2基极的电流增大，从而流过第二三极管Q2集电极的电流也随之增大，也即流过高速光耦U1输入端的电流也增大，与此同时第二三极管Q2发射极电位由于集电极电流的上升而增大，第二三极管Q2发射极电位上升的结果又导致其基极电流下降，使第二三极管Q2集电极电流又保持原来的水平。因此当输入脉冲电压幅度在10V-35V之间变化时，高速光耦的输入驱动电流基本保持在18mA左右，从而保证了本发明电路具有输入脉冲电压幅度范围宽、信号传输失真小、电路抗干扰能力强等特点。为了进一步提高脉冲隔离传输电路输出波形的质量，在高速光耦隔离输出后又加了一级施密特整形电路U2作为整个高速脉冲隔离传输电路的输出级。

Claims (1)

1.高速脉冲隔离传输电路，包括整流电路、恒流驱动电路、高速光耦、施密特整形电路，其特征在于：

所述的整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和TVS管；第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极连接，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1的负极、第三二极管D3的负极与TVS管的负极连接，第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极与TVS管的正极连接；高速脉冲的一个输入端IN1与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极连接，高速脉冲的另一个输入端IN2与第三二极管D3的正极、第四二极管D4的负极连接；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成全桥整流；

所述的恒流驱动电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、保护电阻R5、电容C1；第二三极管Q2的发射极与第一三极管Q1的基极、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、电容C1的一端连接；第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的另一端、电容C1的另一端连接；第一三极管Q1的发射极、第三电阻R3的另一端均与TVS管的正极连接；第二三极管Q2的集电极与保护电阻R5的一端连接，保护电阻R5的另一端、第一电阻R1的另一端均与TVS管的负极连接；

所述的高速光耦U1包括发光二极管D5、光敏二极管D6、三极管Q3；发光二极管D5与光敏二极管D6位置对应，三极管Q3的基极与光敏二极管D6的正极连接，光敏二极管D6的负极接电源VCC，三极管Q3的发射极接地；发光二极管D5的正极与TVS管的负极连接，发光二极管D5的负极与第二三极管Q2的集电极连接；

所述的施密特整形电路包括施密特触发器U2和第四电阻R4，施密特触发器U2的输入端与三极管Q3的集电极、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接电源VCC，施密特触发器U2的输出端作为整个高速脉冲隔离电路的输出端OUT。

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