CN106872067A - 一种温度隔离采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温度隔离采集电路，包括PWM信号发生模块、V/P变换电路、变压器、电流互感器、温度采集电路、I/V变换电路、V/F变换电路和光耦隔离模块；PWM信号发生模块输出PWM信号到V/P变换电路，V/P变换电路将PWM信号变成功率信号，将功率信号输出到变压器；变压器的副边与温度采集电路和电流互感器的原边形成测温回路；电流互感器的副边输出电流信号到I/V变换电路形成电压信号，V/F变换电路将电压信号转换成频率信号，频率信号作为光耦隔离模块的输入信号输入到光耦隔离模块。本发明能够对热敏电阻进行隔离采集，在发生故障的时候，不会导致检测控制失效，检测电路能够顺利的控制相应部分断电，从而保护整个系统。

Description

一种温度隔离采集电路
技术领域
本发明具体涉及一种温度隔离采集电路。
背景技术
现有技术PTC,NTC等热敏电阻常用在变压器温度检测，导线温度检测，电机线圈温度检测或者各种工业过程温度参数的测量等。在这些应用方面，如果待测物发生故障，都会可能导致高压电从热电阻导线流入检测电路，导致检测控制电路故障，导致保护失效，所以在这些应用场合，如果能对热敏电阻进行隔离采集，在发生故障的时候，就不会导致检测控制失效，检测电路便能顺利的控制相应部分断电，保护整个系统。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种温度隔离采集电路。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种温度隔离采集电路，包括用于供电的电源模块、PWM信号发生模块、V/P变换电路、变压器、电流互感器、温度采集电路、I/V变换电路、V/F变换电路和光耦隔离模块；所述PWM信号发生模块产生PWM信号并输入到V/P变换电路，V/P变换电路对PWM信号处理后得到功率信号，并将功率信号输出到变压器的原边；所述变压器的副边与温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路；电流互感器的副边输出电流信号到I/V变换电路形成电压信号，V/F变换电路将前述的电压信号转换成频率信号，频率信号作为光耦隔离模块的输入信号输入到光耦隔离模块，最后由光耦隔离模块将采集到的温度信号传输出去。
作为本发明的进一步改进，所述PWM信号发生模块输出两路PWM信号，其包括：PWM控制芯片和分压电路；将PWM控制芯片内的误差放大器设为射级跟随器；分压电路将输出信号经过所述射级跟随器后输入到PWM控制芯片，PWM信号的占空比由分压电路控制。
作为本发明的进一步改进，所述PWM信号发生模块还包括：由第一磁珠FB1、第十电容C10和第十二电容C12共同形成的滤波去耦电路，第一磁珠FB1的一端与用于供电的电源模块相连，其另一端分别与第十电容C10和第十二电容C12相连后连接到PWM控制芯片的电源端；第十电容C10和第十二电容C12的另一端均接地。
作为本发明的进一步改进，所述V/P变换电路包括：电压功率转换芯片、第三二极管D3、第四二极管D4；电压功率转换芯片的输入端口与PWM控制芯片的输出端口相连；所述第三二极管D3和第四二极管D4的负极分别与电压功率转换芯片的输出端口相连，第三二极管D3和第四二极管D4的正极均接地，用于防止变压器发生电压反射。
作为本发明的进一步改进，所述V/P变换电路还包括：并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19，并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19的其中一端均与用于供电的电源模块相连，二者的另一端均接地，使得V/P变换电路变成H桥电路。
作为本发明的进一步改进，所述I/V变换电路为并联在电流互感器副边的两端的第九电阻R9以及串联在电流互感器副边的第一二极管D1。
作为本发明的进一步改进，所述V/F变换电路包括压频转换芯片和时钟电路，时钟电路由串联的第七电容和第九电容C9和与它们并联的晶振Y1构成，时钟电路与压频转换芯片的时钟端口相连。
作为本发明的进一步改进，所述V/F变换电路的输出端通过第三电阻R3连接到第一NMOS管Q1的栅极，第一NMOS管Q1的漏极与光耦隔离模块中发光二极管的负极相连，发光二极管的正极与用于供电的电源模块相连。
作为本发明的进一步改进，所述的一种温度隔离采集电路，还包括限流电路，限流电路与变压器的副边、温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路，所述限流电路为第七电电阻R7；所述温度采集电路为热敏电阻RL，回路电流为其中VPP为变压器副边输出信号的峰峰值。
作为本发明的进一步改进，所述用于供电的电源模块为DC-DC隔离电源。
本发明的有益效果：
本发明能够对热敏电阻进行隔离采集，在发生故障的时候，不会导致检测控制失效，检测电路能够顺利的控制相应部分断电，从而保护整个系统。
附图说明
图1为本发明一种实施例的电路图；
图2为本发明一种实施例的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明的一种温度隔离采集电路，采用两级电气隔离，一级隔离采用变压器和电流传感器共同配合实现，第二级采用DC-DC隔离电源和光耦隔离模块(光耦隔离器)共同配合实现。
如图1-2所示，一种温度隔离采集电路，包括用于供电的电源模块、PWM信号发生模块、V/P变换电路、变压器TD2、电流互感器TD1、温度采集电路、I/V变换电路、V/F变换电路和光耦隔离模块U8；所述PWM信号发生模块产生PWM信号并输入到V/P变换电路，V/P变换电路对PWM信号处理后得到功率信号，并将功率信号输出到变压器的原边；所述变压器的副边与温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路；电流互感器的副边输出电流信号到I/V变换电路形成电压信号，V/F变换电路将前述的电压信号转换成频率信号，频率信号作为光耦隔离模块的输入信号输入到光耦隔离模块，最后由光耦隔离模块将采集到的温度信号传输出去。
优选地，所述变压器TD2优选为高频变压器。
在本发明的一种实施例中，所述PWM信号发生模块可以输出两路互补并且带死区的PWM信号，利用第十二电阻R12(与PWM控制芯片的RT脚相连)和第十六电容C16(与PWM控制芯片的CT脚相连)设定PWM信号的输出频率，利用第十一电阻R11(连接在PWM控制芯片的CT脚和DISC脚之间)来控制死区时间，本实施例中，当第十二电阻R12为2kΩ，第十六电容C16为10nF，第十一电阻R11为100Ω时，PWM信号的输出频率为30.6KHZ，PWM信号的输出频率在实际中可以根据变压器的需要，根据数据手册的指导调整输出频率，一般输出频率在20KHZ以上。
在本发明的一种实施例中，PWM信号发生模块包括：PWM控制芯片U3和分压电路；将PWM控制芯片内的误差放大器设为射级跟随器(如图1中所示，将PWM控制芯片U3的第1脚和第9脚接到一起)；分压电路将输出信号经过所述射级跟随器后输入到PWM控制芯片U3的第5脚，PWM控制芯片U3第5脚的输入电压决定了PWM信号的占空比，因此PWM信号的占空比由分压电路控制。本实施例中的PWM控制芯片U3可以采用型号为SG3525的芯片。
优选地，所述分压电路由第六电阻R6和第十电阻R10构成，所以第六电阻R6和第十电阻R10的分压数值决定了PWM信号占空比，PWM控制芯片U3的占空比一般控制在30％-50％之间。
进一步地，所述PWM信号发生模块还包括：由第一磁珠FB1、第十电容C10和第十二电容C12共同形成的滤波去耦电路，用于为PWM控制芯片U3提供电源，第一电感FB1的一端与用于供电的电源模块相连，其另一端分别与第十电容C10和第十二电容C12相连后连接到PWM控制芯片的电源端；第十电容C10和第十二电容C12的另一端均接地。
更进一步地，所述PWM控制芯片U3上还连接有基准电源滤波电容C11和缓启动电容C20，二者的容量一般为0.1uF-1uF之间。
本发明中的PWM控制芯片U3输出的为双路PWM信号，进入V/P变换电路之后会将信号变为功率输出。
在本发明的一种实施例中，所述V/P变换电路包括：电压功率转换芯片U4、第三二极管D3、第四二极管D4；电压功率转换芯片U4的输入端口与PWM控制芯片的输出端口相连；所述第三二极管D3和第四二极管D4的负极分别与电压功率转换芯片的输出端口相连，第三二极管D3和第四二极管D4的正极均接地，用于防止变压器发生电压反射，造成电压功率转换芯片U4损坏。
优选地，所述电压功率转换芯片为反相功率MOSFET驱动芯片。在实际应用中，本实施例中的第三二极管D3、第四二极管D4均可以采用12V稳压二极管，电压功率转换芯片可以采用MIC4424芯片。
进一步地，所述V/P变换电路还包括：并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19，并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19的其中一端均与用于供电的电源模块相连，二者的另一端均接地，使得V/P变换电路变成H桥电路。
因此，电压功率转换芯片U4输出的高频功率输入到高频变压器TD2原边，高频变压器TD2的副边会有高频脉冲输出，正幅度为电压功率转换芯片U4的供电电压，负幅度同样为电压功率转换芯片U4的供电电压，峰峰值VPP为2倍的电压功率转换芯片U4供电电压，在此优选实施例中，电压功率转换芯片U4采用12V供电，所以峰峰值VPP为24V。
进一步地，所述I/V变换电路为并联在电流互感器副边的两端的第九电阻R9以及串联在电流互感器副边的第一二极管D1。
I/V变换电路的输出端并联有由第五电阻R5、第八电阻R8、第一电感L1和第十三电容C13共同组成的LC滤波电路，LC滤波电路的输出端设有由第二稳压二极管构成的限幅电路，限幅电路的输出连接到V/F变换电路。
在本实施例中，由于电流互感器的存在，当电流互感器TD1的副边有电流的时候，电流互感器TD1原边的电流和副边的电流与TD1的匝数呈现反比，电流互感器TD1副边的电流经过D1整流，然后通过R9做I-V转换，R9、R5、R8一起使得I-V变换之后的电压最大为5V。
进一步地，所述V/F变换电路包括压频转换芯片U1和时钟电路，时钟电路由串联的第七电容和第九电容C9和与它们并联的晶振Y1构成，时钟电路与压频转换芯片的时钟端口相连。经过I-V转换的电压信号送入压频转换芯片U1，压频转换芯片U1根据输入的电压，将电压数值转换为频率。压频转换芯片U1使用PWM控制芯片U3的第16脚输出的5.1V基准电压作为基准源，采用第八电容C8作为基准源滤波电容，第四电容C4、第五电容C5为压频转换芯片U1的退耦电容。压频转换芯片U1根据输入电压值和基准源做对比，输出频率范围为时钟信号的10％-90％，其中时钟电路产生的时钟信号最高可以达到1MHZ。压频转换芯片U1可以采用型号为AD7740YRM的芯片。
进一步地，所述V/F变换电路的输出端通过第三电阻R3连接到第一NMOS管Q1(优选为NMOS管的栅极，第一NMOS管Q1的漏极与光耦隔离模块中发光二极管的负极相连，发光二极管的正极通过第一电阻R1与用于供电的电源模块相连。
进一步地，所述的一种温度隔离采集电路，包括限流电路，限流电路与变压器的副边、温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路。
进一步地，所述限流电路为第七电电阻；所述温度采集电路为热敏电阻RL。
高频变压器TD2副边的高频脉冲经过电流互感器TD1的原边，然后经过限流电阻R7，最终经过热敏电阻RL形成回路，由于限流电阻R7和热敏电阻RL的存在，整个回路中的电流由TD2副边的峰峰值电压和回路电阻决定，热敏电阻在不同的温度下呈现不同阻值，导致回路的电流不同，因此，回路电流为
在本发明的优选实施中，所述用于供电的电源模块M1为DC-DC隔离电源，比如可以采用广州金升阳科技有限公司生产的DC-DC隔离电源，其电介质强度为6000VDC；光耦隔离模块U8采用高压光耦(型号为OPI1264C)，其隔离电压为10KVDC。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种温度隔离采集电路，其特征在于：包括用于供电的电源模块、PWM信号发生模块、V/P变换电路、变压器、电流互感器、温度采集电路、I/V变换电路、V/F变换电路和光耦隔离模块；所述PWM信号发生模块产生PWM信号并输入到V/P变换电路，V/P变换电路对PWM信号处理后得到功率信号，并将功率信号输出到变压器的原边；所述变压器的副边与温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路；电流互感器的副边输出电流信号到I/V变换电路形成电压信号，V/F变换电路将前述的电压信号转换成频率信号，频率信号作为光耦隔离模块的输入信号输入到光耦隔离模块，最后由光耦隔离模块将采集到的温度信号传输出去。
2.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述PWM信号发生模块输出两路PWM信号，其包括：PWM控制芯片和分压电路；将PWM控制芯片内的误差放大器设为射级跟随器；分压电路将输出信号经过所述射级跟随器后输入到PWM控制芯片，PWM信号的占空比由分压电路控制。
3.根据权利要求2所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述PWM信号发生模块还包括：由第一磁珠FB1、第十电容C10和第十二电容C12共同形成的滤波去耦电路，第一磁珠FB1的一端与用于供电的电源模块相连，其另一端分别与第十电容C10和第十二电容C12相连后连接到PWM控制芯片的电源端；第十电容C10和第十二电容C12的另一端均接地。
4.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述V/P变换电路包括：电压功率转换芯片、第三二极管D3、第四二极管D4；电压功率转换芯片的输入端口与PWM控制芯片的输出端口相连；所述第三二极管D3和第四二极管D4的负极分别与电压功率转换芯片的输出端口相连，第三二极管D3和第四二极管D4的正极均接地，用于防止变压器发生电压反射。
5.根据权利要求4所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述V/P变换电路还包括：并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19，并联的第十七退耦电容C17和第十九退耦电容C19的其中一端均与用于供电的电源模块相连，二者的另一端均接地，使得V/P变换电路变成H桥电路。
6.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述I/V变换电路为并联在电流互感器副边的两端的第九电阻R9以及串联在电流互感器副边的第一二极管D1。
7.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述V/F变换电路包括压频转换芯片和时钟电路，时钟电路由串联的第七电容和第九电容C9和与它们并联的晶振Y1构成，时钟电路与压频转换芯片的时钟端口相连。
8.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述V/F变换电路的输出端通过第三电阻R3连接到第一NMOS管Q1的栅极，第一NMOS管Q1的漏极与光耦隔离模块中发光二极管的负极相连，发光二极管的正极与用于供电的电源模块相连。
9.根据权利要求1所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：还包括限流电路，限流电路与变压器的副边、温度采集电路和电流互感器的原边共同形成测温回路，所述限流电路为第七电电阻R7；所述温度采集电路为热敏电阻RL，回路电流为其中VPP为变压器副边输出信号的峰峰值。
10.根据权利要求9所述的一种温度隔离采集电路，其特征在于：所述用于供电的电源模块为DC-DC隔离电源。
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