CN202794285U - 一种交直流模拟小信号隔离处理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交直流模拟小信号隔离处理电路，包括高隔离度供电模块、信号采集处理电路、高隔离度放大电路、差分单端信号转换电路和信号调理电路；信号采集处理电路的输入端为该隔离处理电路的信号输入端、输出端接高隔离度放大电路的输入端，高隔离度放大电路的输出端接差分单端信号转换电路，差分单端信号转换电路的输出端接信号调理电路，信号调理电路的输出端为该隔离处理电路的信号输出端。本实用新型提供的交直流模拟小信号隔离处理电路，通用性强，且电路简单、体积小、耐压隔离度高、对共模干扰有良好的抑制效果，可广泛用于模拟小信号测量采集领域。

Description

一种交直流模拟小信号隔离处理电路

技术领域

本实用新型涉及交直流模拟小信号隔离处理技术，属于工业控制技术。

背景技术

在工业控制中，往往会采用信号隔离处理电路来采集交流或直流小信号模拟量，一般为4mA~20mA电流量或-10V~+10V电压量，为达到现场一次设备与二次设备信号之间的隔离，往往会采用隔离变压器或普通线性光耦来实现隔离。这两种应用电路在使用中往往会采用信号单端输入模式，在工业现场受高频信号和干扰信号的影响容易引入共模干扰。其中，采用隔离变压器设计的电路，处理一定路数的模拟量，电路体积较大，成本较高；而采用普通的线性光耦设计的处理电路，其隔离电压往往不高，这就限制了其在要求有高电压隔离度领域中的应用，通用性不强；另外，普通的线性光耦往往只能采集单极性信号，中国专利201020231022.6中采用了一种线性光耦，其只适用于单极性信号输入测量系统；对于双极性信号测量，中国专利200820218994.4中使用两片光耦来实现正负极性信号的测量，电路较复杂，且应用中对双极性信号测量前需调节电位器以达到两极信号的平衡，电路在信号正负切换时容易产生死区，电路可靠性不高。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种电路简单、体积小、耐压隔离度高、对共模干扰有很好的抑制效果的交直流模拟小信号隔离处理电路。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种交直流模拟小信号隔离处理电路，包括高隔离度供电模块、信号采集处理电路、高隔离度放大电路、差分单端信号转换电路和信号调理电路，

所述高隔离度供电模块：用于对供电电源进行隔离，接入高隔离度放大电路；

所述信号采集处理电路：输入端为该隔离处理电路的信号输入端、输出端接高隔离度放大电路的输入端，用于对原始输入信号进行预处理，使其满足后端高隔离度放大电路的输入要求；

所述高隔离度放大电路：输出端接差分单端信号转换电路，用于对经信号采集处理电路处理后的信号进行隔离及放大处理；

所述差分单端信号转换电路：输出端接信号调理电路，用于将经高隔离度放大电路处理后的信号转换为单端信号；

所述信号调理电路：输出端为该隔离处理电路的信号输出端，用于对经差分单端信号转换电路处理后的信号进行滤波处理并输出。

优选的，所述高隔离度供电模块采用DC5KV的高隔离度电源模块，以满足高隔离电源要求的应用场合。

优选的，所述信号采集处理电路的输入信号为差分信号，使得整个隔离处理电路具有更高的共模抑制比，可以有效地抑制共模干扰、提高测量精度、对工业现场的环境适应性更强。

优选的，所述高隔离度放大电路采用DC5KV的高隔离度芯片进行信号隔离，比如高隔离度线性光耦，采用差分输入和差分输出模式，提高整个隔离处理电路的线性度和共模抑制比；采用高隔离度芯片时，可以设计高隔离度供电模块和高隔离度放大电路的高隔离度芯片采用宽体表贴封装结构，使整个隔离处理电路具有更高的隔离电压和更小的体积。

优选的，所述差分单端信号转换电路采用高精度、低噪声、低输入偏置电流、低功耗运算放大器将经高隔离度放大电路处理后的信号转换为单端信号，结构简单可靠。

优选的，所述信号调理电路采用高精度、低噪声、低输入偏置电流、低功耗运算放大器和外围阻容元件构成的标准二阶滤波器，对经差分单端信号转换电路处理后的信号进行滤波处理并输出。

有益效果：本实用新型提供的交直流模拟小信号隔离处理电路，通用性强，且电路简单、体积小、耐压隔离度高、对共模干扰有良好的抑制效果，可广泛用于模拟小信号测量采集领域。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为一种信号采集处理电路的电路图；

图3为一种差分单端信号转换电路的电路图；

图4为一种信号调理电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示为一种交直流模拟小信号隔离处理电路的电路原理框图，包括高隔离度供电模块、如图2所示的信号采集处理电路、高隔离度放大电路、如图3所示的差分单端信号转换电路和如图4所示的信号调理电路；在图2、图3和图4中，相同的电阻或电容标号表示电阻值相同的电阻或电容值相同的电容。

所述高隔离度供电模块：用于对供电电源进行隔离，接入高隔离度放大电路，即为高隔离度放大电路供电。高隔离度供电模块可以采用DC5KV的高隔离度电源模块。

所述信号采集处理电路：输入端为该隔离处理电路的信号输入端、输出端接高隔离度放大电路的输入端，用于对原始输入信号进行预处理，使其满足后端高隔离度放大电路的输入要求。图2所示的信号采集处理电路包括两个电阻R1、两个电阻R2、一个电阻R3和跳线J1：当跳线J1断开时，信号采集处理电路为电压输入方式，通过电阻R1和电阻R2将输入电压信号U1分为满足高隔离度芯片的电压量程范围，输出电压信号U2=U1*R2/R1；当跳线J1接通时，信号采集处理电路为电流输入方式，电阻R3对输入电流进行采样，电阻R3的电阻值选择需使电流测量时满足电压的量程范围。

所述高隔离度放大电路：输出端接差分单端信号转换电路，用于对经信号采集处理电路处理后的信号进行隔离及放大处理，其输出信号为输入信号按固定的增益进行放大所得。高隔离度放大电路采用DC5KV的高隔离度芯片进行信号隔离，比如高隔离度线性光耦，采用差分输入和差分输出模式，提高整个隔离处理电路的线性度和共模抑制比；采用高隔离度芯片时，可以设计高隔离度供电模块和高隔离度放大电路的高隔离度芯片采用宽体表贴封装结构，使整个隔离处理电路具有更高的隔离电压和更小的体积。

所述差分单端信号转换电路：输出端接信号调理电路，用于将经高隔离度放大电路处理后的信号转换为单端信号。图3所示的差分单端信号转换电路包括一个运算放大器、两个电子R4和两个电阻R5，其实际为一减法电路，将经高隔离度放大电路放大过渡的差分信号转换为单端信号，输出为U4=U3*R5/R4。

所述信号调理电路：输出端为该隔离处理电路的信号输出端，用于对经差分单端信号转换电路处理后的信号进行滤波处理并输出。图4所示的信号调理电路包括运算放大器、两个电阻R6、一个电阻R7和三个电容C1，该电路为二阶有源低通滤波器，电路的截止频率为：

$\mathrm{\ω}0=\frac{1}{\sqrt{2}*R6*C1}$

通过选择适当的参数可以滤除信号中不需要的成分并最终经信号调理电路输出。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：该隔离处理电路包括高隔离度供电模块、信号采集处理电路、高隔离度放大电路、差分单端信号转换电路和信号调理电路，

所述高隔离度供电模块：用于对供电电源进行隔离，接入高隔离度放大电路；

所述信号采集处理电路：输入端为该隔离处理电路的信号输入端、输出端接高隔离度放大电路的输入端，用于对原始输入信号进行预处理，使其满足后端高隔离度放大电路的输入要求；

所述高隔离度放大电路：输出端接差分单端信号转换电路，用于对经信号采集处理电路处理后的信号进行隔离及放大处理；

所述差分单端信号转换电路：输出端接信号调理电路，用于将经高隔离度放大电路处理后的信号转换为单端信号；

所述信号调理电路：输出端为该隔离处理电路的信号输出端，用于对经差分单端信号转换电路处理后的信号进行滤波处理并输出。

2.根据权利要求1所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述高隔离度供电模块采用DC5KV的高隔离度电源模块。

3.根据权利要求1所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述信号采集处理电路的输入信号为差分信号。

4.根据权利要求1所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述高隔离度放大电路采用DC5KV的高隔离度芯片进行信号隔离。

5.根据权利要求4所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述高隔离度供电模块和高隔离度放大电路的高隔离度芯片采用宽体表贴封装结构。

6.根据权利要求4所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述高隔离度芯片为高隔离度线性光耦。

7.根据权利要求1所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述差分单端信号转换电路采用运算放大器将经高隔离度放大电路处理后的信号转换为单端信号。

8.根据权利要求1所述的交直流模拟小信号隔离处理电路，其特征在于：所述信号调理电路采用运算放大器和外围阻容元件构成的二阶滤波器，对经差分单端信号转换电路处理后的信号进行滤波处理并输出。

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