CN104917514B - 基于光电隔离的模拟量采集电路 - Google Patents
基于光电隔离的模拟量采集电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104917514B CN104917514B CN201510281373.5A CN201510281373A CN104917514B CN 104917514 B CN104917514 B CN 104917514B CN 201510281373 A CN201510281373 A CN 201510281373A CN 104917514 B CN104917514 B CN 104917514B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- operational amplifier
- input
- diode
- circuit
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路和次边电路，所述原边电路包括正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路，所述原边电路的正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路将正值模拟量信号和负值模拟量信号采集后，经光电隔离后，经次边电路输出。本发明的基于光电隔离的模拟量采集电路具有结构简单、输入输出光电隔离以及能够处理双极性模拟量信号的优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及信号采集技术领域，特指一种基于光电隔离的模拟量采集电路。
背景技术
工业领域广泛应用着诸如高压变频器、软启动、SVG、SVC等设备，此类设备大多需要对温度、电压、电流、水压等物理信号进行测量。物理信号通过传感器转换成模拟信号，再通过模/数转换最终转换为数字信号送至处理器用于系统控制。
同一台设备往往需要测量多个、多种类型的物理信号，如何消除各个采集通道之间，采集通道输入与输出之间的相互干扰，是个必须认真关注的问题。此外为了提高系统的抗干扰性和可靠性，必须将测量部分和控制部分进行电气隔离。对于数字信号的隔离，使用一般的光耦器件就能达到很好的效果，对于模拟量信的隔离，常规设计中传输精度和线性度难以满足要求；而且目前的模拟量采集电路均只能处理单极性（正值）模拟信号。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、能够处理双极性模拟量信号的基于光电隔离的模拟量采集电路。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路和次边电路，所述原边电路包括正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路，
所述正值模拟量输入电路包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，所述输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与所述第一运算放大器U1的输出端相连，所述第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，所述第一运算放大器U1的同相输入端与所述反馈二极管D1C的正极相连后接地；
所述负值模拟量输入电路包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，所述输入二极管D2A的负极接地、正极与所述第二运算放大器U2的输出端相连，所述第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；
所述次边电路包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，所述第三运算放大器U3的同相输入端与所述输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，所述第三运算放大器的同相输入端与所述输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，所述第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，所述第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均通过限流电阻R1与信号输入端Vin相连。
所述信号输入端Vin通过滤波电容C1接地。
所述输入二极管D1A的正极通过电阻R2与电源VCC相连。
所述输入二极管D2A的负极通过电阻R3接地。
所述第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有滤波电容C2；所述第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有滤波电容C3。
所述电阻R4并联有滤波电容C4。
所述第一光耦D1和第二光耦D2均为线性光耦HCNR201。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于光电隔离的模拟量采集电路，通过光耦将输入信号与输出信号进行有效隔离，结构简单；另外本电路采用正值模拟量输入电路以及负值模拟量输入电路相组合的方式，从而能够对正值和负值模拟量进行处理。电路中采用线性光耦，从而保证输入输出有良好的线性度和可靠性；另外本电路处理速度快，无延时。
附图说明
图1为本发明电路中的原边电路原理图。
图2为本发明电路中的次边电路原理图。
图3为本发明中光耦的原理结构图。
图中标号表示：1、原边电路；11、正值模拟量输入电路；12、负值模拟量输入电路；2、次边电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1至图3所示，本实施例的基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路1和次边电路2，原边电路1包括正值模拟量输入电路11和负值模拟量输入电路12，
如图1所示，其中正值模拟量输入电路11包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与第一运算放大器U1的输出端相连，第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，第一运算放大器U1的同相输入端与反馈二极管D1C的正极相连后接地；
如图1所示，其中负值模拟量输入电路12包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，输入二极管D2A的负极接地、正极与第二运算放大器U2的输出端相连，第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；
如图2所示，次边电路2包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，第三运算放大器U3的同相输入端与输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，第三运算放大器的同相输入端与输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。
本实施例中，第一光耦D1和第二光耦D2均为线性光耦HCNR201，线性光耦HCNR201是一款高线性度模拟光耦，直流非线性度可达0.01%,最高工作隔离电压达1414V（峰值），允许的最高过电压为8000V（峰值），其原理图如图3所示，原边有两个二极管：DA、DC；次边有一个二极管DB，功能如下：
DA：输入二极管，模拟信号从其两端输入，并控制其开通和关断；DA开通时，发出的光能分别提供给DB和DC，控制其开通；
DB：输出二极管，模拟信号经光电隔离后由此二极管输出；
DC：反馈二极管，将一部分输入信号作为反馈提供给原边，从而使光耦具有良好的线性度和可靠性。
本实施例中，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均通过限流电阻R1与信号输入端Vin相连。其中限流电阻R1用于限制后续电路的电流，因为线性光耦HCNR201有一定的线性范围，即当图1中D1C和D2C中的电流在5nA～50uA内时，该光耦具备极好的线性度（非线性度为0.01%），所以对该电流要做相应的限制。
本实施例中，信号输入端Vin通过滤波电容C1接地，从而对输入的模拟量信号进行滤波。
本实施例中，输入二极管D1A的正极通过电阻R2与电源VCC相连，输入二极管D2A的负极通过电阻R3接地。电阻R2和电阻R3则用于限制输入二极管D1A和D2A的电流。
本实施例中，第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有滤波电容C2；第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有滤波电容C3。
本实施例中，电阻R4并联有滤波电容C4，其中电阻R4是将电流转换成电压，从而将输出电流转换成输出电压，而电容C4则是对输出电压进行滤波。
工作原理：当模拟量信号为正值时，第一运算放大器U1的“-”输入端为0V，当输入电压Vin增加时，将使第一运算放大器U1的“-”输入端的电位大于0V。第一运算放大器U1促使D1A中的电流增加，从而D1C的电流也随之增加，最终使第一运算放大器的U1“-”输入端的电压调节至0V。而反馈二极管则起到自动调节的作用，对外部的噪声也有一定的削弱作用；另一方面，随着D1A中的电流增加，D1B中的电流随着增加，确保了输出与输入的线性关系。
当模拟量信号为负值时，信号的反馈和隔离通过负值模拟量输入电路12中的D2C、C3、U2、D2A、R3等实现，输出信号经过输出二极管D2B和电阻R4输出，相应的工作原理与模拟量信号为正值时相似。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路（1）和次边电路（2），其特征在于，所述原边电路（1）包括正值模拟量输入电路（11）和负值模拟量输入电路（12），
所述正值模拟量输入电路（11）包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，所述输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与所述第一运算放大器U1的输出端相连，所述第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，所述第一运算放大器U1的同相输入端与所述反馈二极管D1C的正极相连后接地；
所述负值模拟量输入电路（12）包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，所述输入二极管D2A的负极接地、正极与所述第二运算放大器U2的输出端相连，所述第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；
所述次边电路（2）包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，所述第三运算放大器U3的反相输入端与所述输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，所述第三运算放大器的同相输入端与所述输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，所述第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，所述第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。
2.根据权利要求1所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均通过限流电阻R1与信号输入端Vin相连。
3.根据权利要求2所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述信号输入端Vin通过滤波电容C1接地。
4.根据权利要求3所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述输入二极管D1A的正极通过电阻R2与电源VCC相连。
5.根据权利要求4所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述输入二极管D2A的负极通过电阻R3接地。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有滤波电容C2；所述第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有滤波电容C3。
7.根据权利要求6所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述电阻R4并联有滤波电容C4。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的基于光电隔离的模拟量采集电路，其特征在于，所述第一光耦D1和第二光耦D2均为线性光耦HCNR201。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510281373.5A CN104917514B (zh) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | 基于光电隔离的模拟量采集电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510281373.5A CN104917514B (zh) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | 基于光电隔离的模拟量采集电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104917514A CN104917514A (zh) | 2015-09-16 |
| CN104917514B true CN104917514B (zh) | 2018-04-13 |
Family
ID=54086268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510281373.5A Active CN104917514B (zh) | 2015-05-28 | 2015-05-28 | 基于光电隔离的模拟量采集电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104917514B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106226716A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-12-14 | 河北箱变电器有限公司 | 带局部放电及温度监测装置监测的二次设备的监测设备 |
| CN105973292A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-09-28 | 河北箱变电器有限公司 | 一种对局部放电及温度监测装置监测的二次设备 |
| CN105954568A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-09-21 | 河北箱变电器有限公司 | 一种对局部放电及温度监测装置监测的二次设备 |
| CN105953842A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-09-21 | 河北箱变电器有限公司 | 一种对局部放电及温度监测装置监测的二次设备 |
| CN106019105A (zh) * | 2016-07-01 | 2016-10-12 | 河北箱变电器有限公司 | 一种对局部放电及温度监测装置监测的二次设备 |
| CN109164787A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-08 | 杭州和利时自动化有限公司 | 一种模拟量信号采集装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201766570U (zh) * | 2010-09-13 | 2011-03-16 | 杭州三和电控设备有限公司 | 基于线性光耦的无源4-20mA信号隔离接收电路 |
| CN102169163A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-31 | 上海申瑞电力科技股份有限公司 | 交直流自适应的开关量采集电路及其采集方法 |
| CN102778597A (zh) * | 2012-08-04 | 2012-11-14 | 无锡隆玛科技股份有限公司 | 用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130049621A1 (en) * | 2010-03-04 | 2013-02-28 | O2Micro Inc. | Circuits and methods for driving light sources |
-
2015
- 2015-05-28 CN CN201510281373.5A patent/CN104917514B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201766570U (zh) * | 2010-09-13 | 2011-03-16 | 杭州三和电控设备有限公司 | 基于线性光耦的无源4-20mA信号隔离接收电路 |
| CN102169163A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-31 | 上海申瑞电力科技股份有限公司 | 交直流自适应的开关量采集电路及其采集方法 |
| CN102778597A (zh) * | 2012-08-04 | 2012-11-14 | 无锡隆玛科技股份有限公司 | 用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104917514A (zh) | 2015-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104917514B (zh) | 基于光电隔离的模拟量采集电路 | |
| CN103634008A (zh) | 多通道信号采集装置及采集方法 | |
| CN105548656A (zh) | 一种直流高电压隔离采样电路 | |
| CN201742080U (zh) | 一种离心机用变频器差分输入过流保护电路 | |
| CN204272074U (zh) | 开关量输入电路及具有其的水质监测采集装置 | |
| CN110702974B (zh) | 一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路 | |
| CN106383264B (zh) | 抗干扰高精度过零检测方法 | |
| CN103647447B (zh) | 一种电能表通信模块的电源装置 | |
| CN203941243U (zh) | 一种三相电缺相检测电路 | |
| CN103364627B (zh) | 自动重合闸断路器漏电电流检测电路 | |
| CN209280790U (zh) | 一种用于电力系统的电参数分时采集电路 | |
| CN104811181A (zh) | 一种带有输入偏置和有源滤波的电流电压转换电路及方法 | |
| CN204559542U (zh) | 一种带有输入偏置和有源滤波的电流电压转换电路 | |
| CN208443888U (zh) | 一种基于stm32直流电子负载 | |
| CN204349794U (zh) | 一种开关信号输入电路 | |
| CN210514514U (zh) | 应用于配电终端的小信号采集电路 | |
| CN103729008B (zh) | 宽电流范围交流恒流源补偿型控制方法 | |
| CN103424598B (zh) | 逆变系统输出电压检测电路和逆变系统 | |
| CN105322921A (zh) | 一种单极性ad采样调理电路 | |
| CN105842527B (zh) | 抗干扰高精度过零检测装置 | |
| CN206673849U (zh) | 核电站堆芯核测系统使用的高性能电源模块 | |
| CN205195557U (zh) | 一种电源转换电路 | |
| CN105372470A (zh) | 光伏逆变器交流电流滤波采样电路 | |
| CN217717905U (zh) | 一种三相电流采样电路 | |
| CN209497449U (zh) | 一种脉冲信号与电流信号的转换电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |