CN112104350A - 一种兼容pwm与模拟量输出的电路 - Google Patents

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李王建
查昊明
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Abstract

本发明公开了一种兼容PWM与模拟量输出的电路，所述电路包括滤波电路，用于将输入的PWM信号进行滤波处理以形成第一输出信号；开关电路，用于接收控制信号，并基于所述控制信号，来切换所述开关电路的开关状态，以控制所述滤波电路是否工作；当所述开关电路处于开状态时，所述滤波电路工作，则所述第一输出信号为模拟量信号；当所述开关电路处于关状态时，所述滤波电路不工作，则所述第一输出信号为数字量信号。本发明无需手动操作，便能实现既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出，提高了电路安全性，并且方便PCB设计和结构设计，还能通过远程控制输出模拟量信号或数字量信号，同时又降低了成本。

Description

一种兼容PWM与模拟量输出的电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种兼容PWM与模拟量输出的电路。
背景技术
在工业现场，大量的应用场景使用模拟量信号和数字量信号来传递指令信号和反馈信号，因此很多工业控制器、执行器、传感器及监控模块等设备既需要输出模拟量信号，又需要输出数字量信号。
目前已经有既支持模拟量信号输出的，又支持数字量信号输出的电路，现有技术中实现模拟量信号和数字量信号输出的切换需要使用者手动操作，容易出现接触不良的问题，使得使用者在操作时容易出现触电的问题，安全性低。同时给PCB设计带来困难且成本较高。
如何提供一种既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出的电路，实现设计简单、提高电路安全性、降低成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了一种兼容PWM与模拟量输出的电路以实现设计简单、提高电路安全性、降低成本。
本发明采用的一种技术手段为：提供一种兼容PWM与模拟量输出的电路，所述电路包括：
滤波电路，用于将输入的PWM信号进行滤波处理以形成第一输出信号；
开关电路，用于接收控制信号，并基于所述控制信号，来切换所述开关电路的开关状态，以控制所述滤波电路是否工作；
当所述开关电路处于开状态时，所述滤波电路工作，则所述第一输出信号为模拟量信号；
当所述开关电路处于关状态时，所述滤波电路不工作，则所述第一输出信号为数字量信号。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的兼容PWM与模拟量输出的电路，所述兼容PWM与模拟量输出的电路通过滤波电路和开关电路来输出模拟量信号或数字量信号。所述开关电路用于接收控制信号，并基于所述控制信号来切换所述开关电路的开关状态，以控制所述滤波电路是否工作，进而实现了所述兼容PWM与模拟量输出的电路既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出。本发明无需手动操作，便能实现既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出，提高了电路安全性，并且方便PCB设计和结构设计，还能通过远程控制输出模拟量信号或数字量信号，同时又降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是一个实施例中兼容PWM与模拟量输出的电路的结构框图；
图2是一个实施例中兼容PWM与模拟量输出的电路的电路原理图一；
图3是一个实施例中兼容PWM与模拟量输出的电路的电路原理图二；
图4是一个实施例中兼容PWM与模拟量输出的电路的电路原理图三；
图5是一个实施例中兼容PWM与模拟量输出的电路的电路原理图四。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。
本发明实施例提供的一种兼容PWM与模拟量输出的电路1，如图1所示，在一个实施例中，所述兼容PWM与模拟量输出的电路1可以包括滤波电路11和开关电路13。所述滤波电路11，用于将输入的PWM信号进行滤波处理以形成第一输出信号；所述开关电路13，用于接收控制信号，并基于所述控制信号，来切换所述开关电路13的开关状态，以控制所述滤波电路11是否工作，当所述开关电路13处于开状态时，所述滤波电路11工作，则所述第一输出信号为模拟量信号，当所述开关电路13处于关状态时，所述滤波电路11不工作，则所述第一输出信号为数字量信号。具体地，所述滤波电路11的一端可以接收PWM信号，所述滤波电路11的另一端可以连接所述开关电路13，所述开关电路13接收控制信号PWM-EN，所述PWM信号可以通过PWM信号发生装置提供，所述PWM信号发生装置可以为微处理器，如MCU(单片机)，也可以由定时器和晶体管构成，通过定时器控制晶体管的导通和关断以实现PWM信号的输出。所述控制信号PWM-EN可以由单片机的I/O接口提供，也可以通过其他方式提供。本发明实施例提供的一种兼容PWM与模拟量输出的电路1无需手动操作，便能实现既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出，提高了电路安全性，且方便PCB设计和结构设计，还能通过远程控制输出模拟量信号或数字量信号，同时又降低了成本。
在一个实施例中，如图1所示，所述兼容PWM与模拟量输出的电路1还可以包括供电电源14，所述供电电源14，用于对所述兼容PWM与模拟量输出的电路1供电。进一步地，所述供电电源14可以为与外部电源提供装置相连接的电源接口，也可以是储能装置，例如充电电池，还可以是电源模块、电源芯片等。
在一个实施例中，如图2所示，所述滤波电路11可以包括第一电阻R1和第一电容C1组成的RC滤波电路，所述第一电C1容的一端经由所述第一电阻R1接收所述PWM信号，所述第一电容C1的另一端连接所述开关电路13，当所述开关电路13处于开状态时，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号，当所述开关电路13处于关状态时，所述第一电容C1两端电压差为零，则所述第一输出信号为数字量信号。所述滤波电路11也可以选用其他类型的电路结构，本申请在此不做特别的限定。只要能满足当所述开关电路13处于开状态时，所述滤波电路11工作，则所述第一输出信号为模拟量信号，当所述开关电路13处于关状态时，所述滤波电路11不工作，则所述第一输出信号为数字量信号即可。
在一个实施例中，如图2所示，所述开关电路13可以包括开关部件，所述开关部件的控制端用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号使所述开关部件处于开状态或关状态。所述开关部件可以是MOS管、晶体三极管、可控硅、继电器等，当然也可以是能够接收开关控制信号，进而实现开关工作的其他开关。
在一个实施例中，如图2和图3所示，所述开关部件可以为三极管Q1或MOS管Q2，图2中示出的三极管Q1为NPN管，图3中示出的MOS管Q2为NMOS管，当然可以采用PNP管、PMOS管替代。如图2所示，所述开关部件为三极管Q1，所述开关电路13还可以包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的一端接收所述控制信号PWM-EN，所述第二电阻R2的另一端连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述滤波电路11，所述三极管Q1的发射极连接地GND。如图3所示，所述开关部件为MOS管Q2，所述开关电路13还可以包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端接收所述控制信号PWM-EN，所述第三电阻R3的另一端连接所述MOS管Q2的栅极，所述MOS管Q2的漏极连接所述滤波电路11，所述MOS管Q2的源极连接地GND。本发明实施例无需手动操作，便能实现既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出，提高了电路安全性，并且方便PCB设计和结构设计，还能通过远程控制输出模拟量信号或数字量信号，同时又降低了成本。
在一个实施例中，如图1所示，所述兼容PWM与模拟量输出的电路1还可以包括信号放大电路12，所述信号放大电路12与所述滤波电路11连接，所述信号放大电路12用于对所述滤波电路11输出的第一输出信号进行放大处理。
在一个实施例中，如图2所示，所述信号放大电路12可以包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2和运算放大器U1，所述滤波电路11具有第一输出端和第二输出端；所述第四电阻R4的一端连接所述滤波电路11的第一输出端，所述第四电阻R4的另一端连接所述运算放大器U1的同相输入端，所述运算放大器U1的输出端连接所述第八电阻R8的一端，并经由所述第七电阻R7连接所述运算放大器U1的反相输入端，所述运算放大器U1的反相输入端经由所述第六电阻R6连接地，并连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述滤波电路11的第二输出端，所述第八电阻R8的另一端经由所述第二电容C2连接地，所述第八电阻R8的另一端为所述信号放大电路12的输出端OUT。所述信号放大电路12也可以选用其他类型的信号放大电路，本申请在此不做特别的限定。
进一步地，如图2所示，所述滤波电路11的第一输出端连接所述第一电容C1的一端，所述滤波电路11的第二输出端连接所述第一电容C1的另一端。
进一步地，如图2所示，当所述开关电路13的开关部件为三极管Q1时，所述三极管Q1的集电极连接所述第一电容C1的另一端。当所述开关电路13处于开状态时，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号，当所述开关电路13处于关状态时，所述第一电容C1两端电压差为零，则所述第一输出信号为数字量信号。即当所述控制信号PWM-EN为高电平时，所述三极管Q1导通，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号；当所述控制信号PWM-EN为低电平时，所述三极管Q1截止，所述第一电容C1两端电压差为零，则所述第一输出信号为数字量信号。
进一步地，如图3所示，当所述开关电路13的开关部件为MOS管Q2时，所述MOS管Q2的漏极连接所述第一电容C1的另一端。当所述开关电路13处于开状态时，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号，当所述开关电路13处于关状态时，所述第一电容C1断开，则所述第一输出信号为数字量信号。即当所述控制信号PWM-EN为高电平时，所述MOS管Q2导通，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号；当所述控制信号PWM-EN为低电平时，所述MOS管Q2截止，所述第一电容C1两端电压差为零，则所述第一输出信号为数字量信号。
在一个实施例中，如图4所示，所述兼容PWM与模拟量输出的电路1还可以包括单片机U2，所述单片机U2的I/O接口连接所述滤波电路11，用于提供所述PWM信号给所述滤波电路11。
在一个实施例中，所述单片机U2的I/O接口可以配置为推挽输出模式或开漏输出模式。如图4所示，当所述单片机U2的I/O接口配置为推挽输出模式时，所述信号放大电路12可以通过调整第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的电阻值大小，修正放大比例，实现最低成本输出模拟量信号或数字量信号。
在一个实施例中，如图5所示，当所述单片机的I/O接口配置为开漏输出模式时，所述电路还包括第九电阻R9和第一电源15，具体的，所述第一电源15具有正极输出端VDD和负极输出端GND1，所述第九电阻R9的一端连接所述正极输出端VDD，所述第九电阻R9的另一端分别连接所述单片机的I/O接口和所述滤波电路11。
需要说明的是，所述供电电源14具有正极输出端VCC和负极输出端GND，所述正极输出端VCC和负极输出端GND之间输出可以为所述兼容PWM与模拟量输出的电路1提供工作电压的供电电压，例如5V、12V，当然，所述供电电压也可以是其它适配使用需要的电压值，其中的负极输出端GND指的是电源地，用于接地。所述第一电源15的负极输出端GND1和所述供电电源14的负极输出端GND之间的阻抗较低，通常情况下，所述第一电源15的负极输出端GND1和所述供电电源14的负极输出端GND连接到一起。
具体的，所述信号放大电路12可以通过公式：
Vout＝V1*(Rf*Dr/(Rc*(1-Dr)+Rf*Dr))
其中：V1为目标电压；
Rc为充电电阻；
Rf为放电电阻；
Dr占空比；
实现任意模拟量信号或数字量信号的输出。需要说明的是，上述公式中V1可以为硬件电路设计时确定的电压值，也可以为预设值，还可以根据实际应用情况设定电压值，上述公式中Vout为本实施例中所述信号放大电路12的输出端OUT的电压值，上述公式中Dr为所述PWM信号的占空比。
进一步地，当所述开关电路13处于开状态时，所述第一电容C1用于对所述PWM信号进行滤波处理，这时上述公式中充电电阻Rc为所述第九电阻R9和所述第一电阻R1，放电电阻Rf为所述第一电阻R1。本实施例通过上述公式可以输出任意模拟量信号或数字量信号。
本发明实施例无需手动操作，便能实现既支持模拟量信号输出，又支持数字量信号输出，提高了电路安全性，并且方便PCB设计和结构设计，还能通过远程控制输出模拟量信号或数字量信号，同时又降低了成本。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，所述电路包括：
滤波电路，用于将输入的PWM信号进行滤波处理以形成第一输出信号；
开关电路，用于接收控制信号，并基于所述控制信号，来切换所述开关电路的开关状态，以控制所述滤波电路是否工作；
当所述开关电路处于开状态时，所述滤波电路工作，则所述第一输出信号为模拟量信号；
当所述开关电路处于关状态时，所述滤波电路不工作，则所述第一输出信号为数字量信号。
2.根据权利要求1所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一电阻和第一电容组成的RC滤波电路；
所述第一电容的一端经由所述第一电阻接收所述PWM信号，所述第一电容的另一端连接所述开关电路；
当所述开关电路处于开状态时，所述第一电容用于对所述PWM信号进行滤波处理，则所述第一输出信号为模拟量信号；
当所述开关电路处于关状态时，所述第一电容两端电压差为零，则所述第一输出信号为数字量信号。
3.根据权利要求1所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，所述开关电路包括开关部件，所述开关部件的控制端用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号使所述开关部件处于开状态或关状态。
4.根据权利要求3所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，
所述开关部件为三极管；
所述开关电路还包括第二电阻；
所述第二电阻的一端接收所述控制信号，所述第二电阻的另一端连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极连接所述滤波电路，所述三极管的发射极连接地。
5.根据权利要求3所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，
所述开关部件为MOS管；
所述开关电路还包括第三电阻；
所述第三电阻的一端接收所述控制信号，所述第三电阻的另一端连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的漏极连接所述滤波电路，所述MOS管的源极连接地。
6.根据权利要求1所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，所述电路还包括信号放大电路；
所述信号放大电路与所述滤波电路连接；
所述信号放大电路用于对所述滤波电路输出的第一输出信号进行放大处理。
7.根据权利要求6所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，
所述信号放大电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容和运算放大器；
所述滤波电路具有第一输出端和第二输出端；
所述第四电阻的一端连接所述滤波电路的第一输出端，所述第四电阻的另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的输出端连接所述第八电阻的一端，并经由所述第七电阻连接所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的反相输入端经由所述第六电阻连接地，并连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述滤波电路的第二输出端，所述第八电阻的另一端经由所述第二电容连接地，所述第八电阻的另一端为所述信号放大电路的输出端。
8.根据权利要求1所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，所述电路还包括单片机；
所述单片机的I/O接口连接所述滤波电路，用于提供所述PWM信号给所述滤波电路。
9.根据权利要求8所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，
所述单片机的I/O接口配置为推挽输出模式或开漏输出模式。
10.根据权利要求9所述的兼容PWM与模拟量输出的电路，其特征在于，当所述单片机的I/O接口配置为开漏输出模式时，所述电路还包括第九电阻和第一电源；
所述第九电阻的一端连接所述第一电源，所述第九电阻的另一端分别连接所述单片机的I/O接口和所述滤波电路。
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