CN112702041B - 信号端口抗干扰电路和电气设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种信号端口抗干扰电路和电气设备，信号端口抗干扰电路，包括：信号处理电路，与所述信号端口的输入端和参考地端连接，对所述信号端口接入的信号进行滤波放大处理后输出；控制电路，与所述信号处理电路连接，用于将滤波放大后的所述信号的参数与预设范围进行比较，并根据比较结果输出驱动信号；接地切换电路，与所述控制电路、所述参考地端和接大地的端子连接，用于根据所述驱动信号控制所述信号端口切换或不切换接地状态。上述的信号端口抗干扰电路可以判断接收的信号的参数是否异常，在信号的参数异常时，控制接地方式的切换，并且可以在判断接收到的信号仍异常时，继续切换接地方式，最终选择最优的接地方式，以保证系统的可靠性。

Description

信号端口抗干扰电路和电气设备
技术领域
本申请属于电子技术领域，尤其涉及一种信号端口抗干扰电路和电气设备。
背景技术
现有的变频器产品的信号端口(如模拟量信号端口、485通讯信号端口)在环境恶劣(如强弱电近场耦合、系统接地不良)的情况下易被干扰，系统出现工作异常。目前厂家是通过信号参考地与地线之间加RC(电阻-电容)滤波方式处理，要么是通过采用成本很高的隔离方案处理。前者在传动系统实际应用中存在干扰风险，且方案固化，对系统依赖性很强，自适应能力差，无法满足不同的应用环境；后者方案成本昂贵，不适合市场化或市场竞争力不强。
发明内容
本申请的目的在于提供一种信号端口抗干扰电路和电气设备，旨在解决传统信号端口抗干扰方案存在干扰风险、方案固化、系统依赖性强以及成本昂贵等问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种信号端口抗干扰电路，包括：
接地电路，其一端与所述信号端口的参考地端连接，所述接地电路用于滤波；
信号处理电路，与所述信号端口的输入端和参考地端连接，对所述信号端口接入的信号进行滤波放大处理后输出；
控制电路，与所述信号处理电路连接，用于将滤波放大后的所述信号的参数与预设范围进行比较，并根据比较结果输出驱动信号；
接地切换电路，与所述控制电路、所述参考地端、所述接地电路的另一端和接大地的端子连接，用于根据所述驱动信号控制所述信号端口切换或不切换接地状态。
在其中一个实施例中，所述控制电路具体用于将滤波放大后的所述信号的电压值与第一预设范围进行比较；
若所述信号的电压值在所述第一预设范围之外时，则输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号；
若所述信号的电压值在所述第一预设范围之内时，则输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号；或还将滤波放大后的所述信号的电压波动值与第二预设范围进行比较，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之外时输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之内时输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号。
在其中一个实施例中，所述控制电路具体用于还将滤波放大后的所述信号的电压波动值与第二预设范围进行比较，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之外时输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之内时输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号。
在其中一个实施例中，所述接地状态包括所述参考地端浮地、所述参考地端与所述接大地的端子连接、所述参考地端通过所述接地电路与所述接大地的端子相连。
在其中一个实施例中，所述信号处理电路包括顺次连接的除干扰模块、稳压滤波模块、放大模块和输出模块，
所述除干扰模块与所述信号端口连接，用于对所述信号进行去除干扰处理；所述稳压滤波模块对所述除干扰模块输出的信号进行稳压滤波，所述放大模块对所述稳压滤波模块输出的信号进行放大，所述输出模块对所述放大模块输出的信号进行稳压后输出。
在其中一个实施例中，所述除干扰模块包括共模电感、设置在所述共模电感输入侧的第一滤波电容以及设置在所述共模电感输出侧的第二滤波电容和第一分压电阻。
在其中一个实施例中，所述稳压滤波模块包括连接在所述除干扰模块的输出端的稳压器件，以及连接在所述除干扰模块的输出端的且位于所述稳压器件之后的滤波器件和分压器件，所述滤波器件和所述分压器件并联。
在其中一个实施例中，所述放大模块包括运算放大器，以及连接在所述运算放大器的反相输入端和输出之间的反馈器件。
在其中一个实施例中，所述接地切换电路包括隔离驱动模块和继电器组件；
所述隔离驱动模块与所述控制电路的控制端和所述继电器组件的线圈连接，用于接收所述驱动信号，并根据所述驱动信号控制所述继电器组件的线圈分别通电或掉电，所述继电器组件具有与所述接大地的端子连接的动触点、与所述参考地端连接的第一触点、与所述接地电路的另一端连接的第二触点以及悬空的第三触点，所述动触点与所述第一触点、第二触点和第三触点其中一个常闭。
在其中一个实施例中，所述隔离驱动模块包括光电耦合器和开关管，所述光电耦合器的输入端与所述控制电路连接，所述开关管的控制端与所述光电耦合器的输出端连接，所述开关管的第一导通端通过所述线圈接电源，第二导通端接地。
本申请实施例的第二方面提供了一种电气设备，包括信号端口，所述信号端口具有参考地端和信号的输入端，上述信号端口抗干扰电路内置或外置于所述电气设备。
上述的信号端口抗干扰电路可以判断接收的信号的参数是否异常，在信号的参数异常时，控制接地方式的切换，并且可以在判断接收到的信号仍异常时，继续切换接地方式，最终选择最优的接地方式，以保证系统的可靠性，本方案以低成本的方式提供了灵活多变的接地方式，摆脱了对系统的强依赖性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的信号端口抗干扰电路结构示意图；
图2为图1所示的信号端口抗干扰电路中信号处理电路的示例电路原理图；
图3为图1所示的信号端口抗干扰电路中接地切换电路的示例电路原理图；
图4为图3所示的接地切换电路中继电器组件的示例电路原理图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本申请较佳实施例提供的一种信号端口抗干扰电路，包括接地电路11、信号处理电路12、控制电路13以及接地切换电路14。
接地电路11的一端与信号端口的参考地端连接，接地电路11用于滤波；信号处理电路12与信号端口的输入端和参考地端连接，对信号端口接入的信号进行滤波放大处理后输出；控制电路13与信号处理电路12连接，用于将滤波放大后的所述信号的参数与预设范围进行比较，并根据比较结果输出驱动信号；接地切换电路14与控制电路13、参考地端、接地电路11的另一端和接大地的端子连接，用于根据驱动信号控制信号端口切换或不切换接地状态。
一般地，接地电路11可以为RC滤波电路，或是静电释放电路等。控制电路13为一般的具有逻辑处理功能的芯片，比如单片机或数字信号处理(Digital Signal Process，DSP)芯片等。信号的参数可以为电压参数、电流参数或功率参数等。接地状态包括参考地端22浮地(即不接地)、参考地端22与接大地的端子24连接(即直接接地)、参考地端22通过接地电路11与接大地的端子24相连(即通过接地电路11接地)。
在其中一个实施例中，控制电路13具体用于将滤波放大后的信号的电压值与预设范围进行比较；比如设置滤波放大后的信号的电压值预设范围为0～3V。若信号的压值在预设范围之外时(比如为3.1V)，则认为信号端口的接地状态未符合系统需求，则输出控制接地切换电路14切换接地状态的第一驱动信号。若滤波放大后的信号的电压值在预设范围之内时(比如为2V)，则输出控制接地切换电路14不切换接地状态的第二驱动信号。
在其中一个实施例中，若滤波放大后的信号的电压值在预设范围之内时(比如为2V)，则还将滤波放大后的信号的电压波动值与第二预设范围(比如0～100mV)进行比较，在滤波放大后的信号的电压波动值在第二预设范围之外时输出控制接地切换电路14切换接地状态的第一驱动信号，在滤波放大后的信号的电压波动值在第二预设范围之内时输出控制接地切换电路14不切换接地状态的第二驱动信号。
在另一个实施例中，控制电路13不对滤波放大后的信号的电压值与预设范围进行比较，而直接将滤波放大后的信号的电压波动值与第二预设范围(比如0～100mV)进行比较，在滤波放大后的信号的电压波动值在第二预设范围之外时输出控制接地切换电路14切换接地状态的第一驱动信号，在滤波放大后的信号的电压波动值在第二预设范围之内时输出控制接地切换电路14不切换接地状态的第二驱动信号
可以理解的是，电压波动指的是以一个符合预设范围的电压为基准上下波动，比如预设范围的电压为0～3V之间的任意取值2V，电压波动的预设值为100mV，即滤波放大后的信号的电压在1.95V～2.05V之间为正常的小于预设值的电压波动，那么就认为信号端口的接地状态符合系统需求，此时控制电路13则输出控制接地切换电路14不切换接地状态的第二驱动信号到(比如低电平信号)接地切换电路14；假如滤波放大后的信号的电压在1.95V～2.05V之外，则认为信号端口的接地状态未符合系统需求，此时控制电路13则输出控制接地切换电路14切换接地状态的第一驱动信号到(比如高电平信号或高低电平组合的信号)接地切换电路14。
请参阅图2，在其中一个实施例中，信号处理电路12包括顺次连接的除干扰模块121、稳压滤波模块122、放大模块123和输出模块124。
除干扰模块121与信号端口连接，用于对信号进行去除干扰处理；稳压滤波模块122对除干扰模块121输出的信号进行稳压滤波，放大模块123对稳压滤波模块122输出的信号进行放大，输出模块124对放大模块123输出的信号进行稳压后输出。
在其中一个实施例中，除干扰模块121包括共模电感L1、设置在共模电感L1输入侧的第一滤波电容C1以及设置在共模电感L1输出侧的第二滤波电容C2和第一分压电阻R1。第一滤波电容C1/第二滤波电容C2可以有多个电容器串并联构成，第一分压电阻R1也可以由多个电阻器串并联构成，除干扰模块121主要用于去除各种干扰信号，比如共模干扰电流等。
在其中一个实施例中，稳压滤波模块122包括连接在除干扰模块121的输出端的稳压器件D1，以及连接在除干扰模块121的输出端的且位于稳压器件D1之后的滤波器件C3和分压器件R2，滤波器件C3和分压器件R2并联。稳压器件D1一般为三端稳压器，输出滤波器件C3和分压器件R2一般分别为滤波电容和电阻。
在其中一个实施例中，放大模块123包括运算放大器U1，以及连接在运算放大器U1的反相输入端和输出端之间的反馈器件R3。反馈器件R3一般包括电容、电阻器件。输出模块124一般也设有三端稳压器D2。
请参阅图3，在其中一个实施例中，接地切换电路14包括隔离驱动模块141和继电器组件142。
隔离驱动模块141与控制电路13的控制端和继电器组件142的线圈1421连接，用于接收驱动信号，并根据驱动信号控制继电器组件142的线圈分别通电或掉电，继电器组件142具有与接大地的端子24连接的动触点、与参考地端22连接的第一触点、与接地电路11的另一端23连接的第二触点以及悬空的第三触点，动触点与第一触点、第二触点和第三触点其中一个常闭。在其中一个实施例中，继电器组件142包括两个继电器，其中两个继电器的线圈1421分别用两个隔离驱动模块141驱动，请参阅图4实施例，悬空的第三触点为两个，并且都与两个动触点常闭，即默认接地状态是参考地端22悬空，当需要将参考地端22直接接地时，则控制电路13输出驱动信号驱动连接参考地端22的继电器A动作，当需要将参考地端22通过接地电路11直接接地时，则控制电路13输出驱动信号驱动连接接地电路11的另一端23的继电器B动作。
在其中一个实施例中，隔离驱动模块141包括光电耦合器U2和开关管Q1，光电耦合器U2的输入端与控制电路13连接，开关管Q1的控制端与光电耦合器U2的输出端连接，开关管Q1的第一导通端通过继电器组件142的线圈接电源，第二导通端接地。进一步地，光电耦合器U2的输入端与控制电路13之间还设置有一个用于提升驱动信号驱动能力的施密特缓冲器U3，以及与开关管Q1连接，指示继电器动组件动作的指示灯D4。
本申请实施例的第二方面提供了一种电气设备，包括信号端口，信号端口具有参考地端和信号的输入端，上述信号端口抗干扰电路内置或外置于电气设备。电气设备可以是变频器，驱动器等。
在一个示例中，通过图2中的信号处理电路12，将外部给定的电压信号(0～10V)进入到信号处理电路12的P1端口，通过端口滤波及运放电路处理，转换成(0～3V)的电压信号到P1-AD，即进入到DSP芯片，当DSP芯片接收的信号无异常(即其电压波动不超过100mV)，则接地切换电路14不动作，保持当前接地方式，当DSP芯片接收到的信号出现异常波动(超过100mV的电压波动)时，DSP芯片通过内部信号处理，输出驱动信号至接地切换电路14(两组信号分别输出到两个输出隔离驱动模块141，实现控制三种接地状态的切换)的输入端RO_DSP，输出高或低电平，使继电器A/B动作，从而实现接地状态/方式的切换。若DSP芯片接收到的信号仍异常波动，则继续切换接地方式，如此，DSP芯片通过内部比较处理，自动选择最优的接地方式，以保证系统的可靠性。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种信号端口抗干扰电路，其特征在于，包括：
接地电路，其一端与所述信号端口的参考地端连接，所述接地电路用于滤波；
信号处理电路，与所述信号端口的输入端和参考地端连接，对所述信号端口接入的信号进行滤波放大处理后输出；
控制电路，与所述信号处理电路连接，用于将滤波放大后的所述信号的参数与预设范围进行比较，并根据比较结果输出驱动信号；
接地切换电路，与所述控制电路、所述参考地端、所述接地电路的另一端和接大地的端子连接，用于根据所述驱动信号控制所述信号端口切换或不切换接地状态；
其中，所述接地状态包括所述参考地端浮地、所述参考地端与所述接大地的端子连接、所述参考地端通过所述接地电路与所述接大地的端子相连。
2.如权利要求1所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述控制电路具体用于将滤波放大后的所述信号的电压值与第一预设范围进行比较；
若所述信号的电压值在所述第一预设范围之外时，则输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号；若所述信号的电压值在所述第一预设范围之内时，则输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号；或还将滤波放大后的所述信号的电压波动值与第二预设范围进行比较，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之外时输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之内时输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号。
3.如权利要求1所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述控制电路具体用于还将滤波放大后的所述信号的电压波动值与第二预设范围进行比较，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之外时输出控制所述接地切换电路切换接地状态的第一驱动信号，在所述信号的电压波动值在所述第二预设范围之内时输出控制所述接地切换电路不切换接地状态的第二驱动信号。
4.如权利要求1所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述信号处理电路包括顺次连接的除干扰模块、稳压滤波模块、放大模块和输出模块，
所述除干扰模块与所述信号端口连接，用于对所述信号进行去除干扰处理；所述稳压滤波模块对所述除干扰模块输出的信号进行稳压滤波，所述放大模块对所述稳压滤波模块输出的信号进行放大，所述输出模块对所述放大模块输出的信号进行稳压后输出。
5.如权利要求4所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于：
所述除干扰模块包括共模电感、设置在所述共模电感输入侧的第一滤波电容以及设置在所述共模电感输出侧的第二滤波电容和第一分压电阻；
所述稳压滤波模块包括连接在所述除干扰模块的输出端的稳压器件，以及连接在所述除干扰模块的输出端的且位于所述稳压器件之后的滤波器件和分压器件，所述滤波器件和所述分压器件并联。
6.如权利要求5所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述放大模块包括运算放大器，以及连接在所述运算放大器的反相输入端和输出端之间的反馈器件。
7.如权利要求1至6任一项所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述接地切换电路包括隔离驱动模块和继电器组件；
所述隔离驱动模块与所述控制电路的控制端和所述继电器组件的线圈连接，用于接收所述驱动信号，并根据所述驱动信号控制所述继电器组件的线圈分别通电或掉电，所述继电器组件具有与所述接大地的端子连接的动触点、与所述参考地端连接的第一触点、与所述接地电路的另一端连接的第二触点以及悬空的第三触点，所述动触点与所述第一触点、第二触点和第三触点其中一个常闭。
8.如权利要求7所述的信号端口抗干扰电路，其特征在于，所述隔离驱动模块包括光电耦合器和开关管，所述光电耦合器的输入端与所述控制电路连接，所述开关管的控制端与所述光电耦合器的输出端连接，所述开关管的第一导通端通过所述线圈接电源，第二导通端接地。
9.一种电气设备，包括信号端口，所述信号端口具有参考地端和信号的输入端，其特征在于，权利要求1至8任意一项所述信号端口抗干扰电路内置或外置于所述电气设备。
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