CN203377862U

CN203377862U - 采用隔离光耦的模拟量输入电路

Info

Publication number: CN203377862U
Application number: CN201320421069.2U
Authority: CN
Inventors: 谢晓东
Original assignee: Taian Technology (Wuxi) Co Ltd
Current assignee: Taian Technology (Wuxi) Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-07-16

Abstract

本实用新型公开了一种采用隔离光耦的模拟量输入电路，包括三角波发生器电路和隔离光耦及积分电路。本实用新型通过隔离光耦以及三角波发生器、积分电路，实现了内部信号与外部模拟量信号的隔离，不仅对杂讯有很好的屏蔽作用，对外部端子的使用也更安全，同时降低了开发成本。经测试，模拟量输入精度也在范围以内，可以在实际中得到很好的应用。

Description

采用隔离光耦的模拟量输入电路

技术领域

本实用新型涉及变频器，特别是变频器的模拟量输入电路。

背景技术

对于不隔离机种而言，5V电压与变频器母线电压共地，为保证输入模拟量信号与内部5V电压没有干扰以及外部端子的安全考虑，应该采用隔离式模拟量输入，目前一般采用隔离运放实现，但是采用隔离运放成本较高，使总的开发成本超出预计。

实用新型内容

本实用新型出于成本和硬件电路设计的实际考虑，提供一种采用隔离光耦的模拟量输入电路，在实现隔离的基础上，降低开发成本。

本实用新型的技术方案如下：

一种采用隔离光耦的模拟量输入电路，包括三角波发生器电路和隔离光耦及积分电路；

所述三角波发生器电路包括第一运放、第二运放、NPN型晶体管以及PNP型晶体管；第一运放的同相输入端连接差分电压，第一运放的反相输入端连接上拉的第一电阻以及下拉的第一电容，第一运放的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的第二电容，第一运放的负电源电压端接地，第一运放的输出端串联第二电阻后连接NPN型晶体管的基极；NPN型晶体管的集电极输出构成基准电压，NPN型晶体管的发射极接地并串联第三电容后连接第二运放的反相输入端；第二运放的同相输入端连接差分电压，第二运放的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的第四电容，第二运放的负电源电压端接地，第二运放的输出端与第一运放的反相输入端连接；第二运放的反相输入端连接PNP型晶体管的集电极，PNP型晶体管的发射极连接上拉的第三电阻，PNP型晶体管的基极连接下拉的第四电阻并连接稳压二极管的正极，稳压二极管的负极连接+12V电压；

所述隔离光耦及积分电路包括第三运放、第四运放以及光耦；第五电容的一端连接模拟量输入信号，另一端接地；第五电阻的一端连接模拟量输入信号，另一端连接接口的一端，接口的另一端接地；第六电阻的一端连接模拟量输入信号，另一端连接第一双二极管的输入输出端；第七电阻和第六电容并联后的一端连接第一双二极管的输入输出端，另一端接地；第一双二极管的电源端连接+12V电压，第一双二极管的接地端接地，第一双二极管的输入输出端还连接第三运放的反相输入端；第三运放的同相输入端连接所述基准电压，第三运放的输出端串联第八电阻后连接光耦的负极输入端；光耦的正极输入端连接差分电压，光耦的集电极输出端连接模拟电源电压，光耦的发射极输出端串联第九电阻后连接模拟地，并串联第十电阻、第十一电阻后连接第四运放的同相输入端；第四运放的同相输入端串联第七电容后连接模拟地，第四运放的反相输入端与输出端连接，第四运放的正电源电压端连接+15V电压并串联第八电容后连接模拟地，第四运放的负电源电压端连接模拟地，第四运放的输出端串联第九电容后连接在第十电阻和第十一电阻之间，第四运放的输出端同时串联第十二电阻后连接第二双二极管的输入输出端；第二双二极管的输入输出端串联第十电容后连接模拟地，第二双二极管的电源端连接模拟电源电压，第二双二极管的接地端连接模拟地，第二双二极管的输入输出端还连接第十三电阻的一端，第十三电阻的另一端串联第十一电容后连接模拟地，并构成模拟量输出端。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型使用隔离光耦以及三角波发生器、积分电路，实现了内部信号与外部模拟量信号的隔离，不仅对杂讯有很好的屏蔽作用，对外部端子的使用也更安全，同时降低了开发成本。经测试，模拟量输入精度也在范围以内，可以在实际中得到很好的应用。

本实用新型附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是三角波发生器电路图。

图2是隔离光耦及积分电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本实用新型包括三角波发生器电路、隔离光耦及积分电路。

如图1所示，三角波发生器电路主要包括运放IC6A、运放IC10A、NPN型晶体管Q4以及PNP型晶体管Q5。运放IC6A的同相输入端连接差分电压DP5V，运放IC6A的反相输入端连接上拉的电阻R62以及下拉的电容C38，运放IC6A的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的电容C50，运放IC6A的负电源电压端接地。运放IC6A的输出端串联电阻R63后连接NPN型晶体管Q4的基极，NPN型晶体管Q4的集电极输出构成基准电压REF，NPN型晶体管Q4的发射极接地并串联电容C45后连接运放IC10A的反相输入端。运放IC10A的同相输入端连接差分电压DP5V，运放IC10A的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的电容C20，运放IC10A的负电源电压端接地，运放IC10A的输出端与运放IC6A的反相输入端连接。运放IC10A的反相输入端连接PNP型晶体管Q5的集电极，PNP型晶体管Q5的发射极连接上拉的电阻R64，PNP型晶体管Q5的基极连接下拉的电阻R65并连接稳压二极管D10的正极，稳压二极管D10的负极连接+12V电压。

如图2所示，隔离光耦及积分电路主要包括运放IC10B、运放IC7A以及光耦PC5。电容C39的一端连接模拟量输入信号AIN，另一端接地。电阻R29的一端连接模拟量输入信号AIN，另一端连接接口JP1的2端，接口JP1的3端接地。电阻R31的一端连接模拟量输入信号AIN，另一端连接双二极管D7的输入输出端。电阻R32和电容C8并联后的一端连接双二极管D7的输入输出端，另一端接地。双二极管D7的电源端连接+12V电压，双二极管D7的接地端接地，双二极管D7的输入输出端还连接运放IC10B的反相输入端。运放IC10B的同相输入端连接所述三角波发生器电路输出的基准电压REF。运放IC10B的输出端串联电阻R40后连接光耦PC5的负极输入端。光耦PC5的正极输入端连接差分电压DP5V，光耦PC5的集电极输出端连接模拟电源电压AVCC，光耦PC5的发射极输出端串联电阻R39后连接模拟地AGND，并串联电阻R24、电阻R60后连接运放IC7A的同相输入端。运放IC7A的同相输入端串联电容C7后连接模拟地AGND，第四运放IC7A的反相输入端与输出端连接，运放IC7A的正电源电压端连接+15V电压并串联电容C19后连接模拟地AGND，运放IC7A的负电源电压端连接模拟地AGND，运放IC7A的输出端串联电容C52后连接在电阻R24和电阻R60之间。运放IC7A的输出端串联电阻R61后连接双二极管D6的输入输出端；双二极管D6的输入输出端串联电容C13后连接模拟地AGND，双二极管D6的电源端连接模拟电源电压AVCC，双二极管D6的接地端连接模拟地AGND，双二极管D6的输入输出端还连接电阻R58的一端，电阻R58的另一端串联电容C29后连接模拟地AGND，并构成模拟量输出端AINC。

本实用新型的工作原理如下：

图1中，PNP型晶体管Q5的基极电压为Vb=12-5.1=6.9V，则PNP型晶体管Q5的集电极电压为Vc=6.9+0.7=7.6V，从而可知电阻R64的电流为恒定值，相当于一个恒流源。12V电压通过电阻R64向电容C45充电，基准电压REF线性上升，直到电压值到达5V时，运放IC10A动作，1脚（输出端）由高电平降为低电平，运放IC6A的3脚（同相输入端）电压大于2脚（反相输入端）电压，故1脚（输出端）输出电压由低电平转为高电平，NPN型晶体管Q4导通，基准电压REF被拉低，运放IC10的1脚（输出端）输出高电平，运放IC6的1脚（输出端）输出低电平，NPN型晶体管Q4截止，基准电压REF点重新充电，循环工作。则基准电压REF点实际的电压波形为三角波，其三角波的周期时间为电容C45的充电时间。计算过程如下。

du/dt*c=i

5/dt*(0.01*10-6)=(12-7.6)/(165*103)

t=1.923ms,f=520HZ

上式中，5V为DP5V电压，0.01*10-6F为电容C45值，12V为电源电压，7.6V为PNP型晶体管Q5的集电极电压，165*103Ω为电阻R64的阻值。

图2中，模拟量输入AIN可以是电压信号也可以是电流信号。当输入的是电压信号时，电阻R31和电阻R32分压，则输入运放IC10B的6脚（反相输入端）的电压为0.5*AIN。若输入的是电流信号，则电流都流过电阻R29转换为输入电压，然后再分压。模拟量输入电压范围为0～10V，模拟量输入电流范围为0～20mA。通过运放IC10B点的电压与基准电压REF比较，则比较器会通过比较两点电压输出一定占空比PWM波形。模拟量输入电压越大，则占空比越大。当IC10B的6脚（反相输入端）电压大于基准电压REF时，7脚（输出端）输出低电平，反之为高阻态。而光耦PC5的3脚（发射极输出端）输出电压与IC10B的7脚（输出端）状态相反，则可以得到以下关系：若0.5AIN>REF，光耦PC5输出为高电平，反之则为低电平。

然后，光耦PC5输出的PWM波形经过运放IC7A组成的积分电路转化成一个恒定的模拟量值AINC，其大小为AINC=占空比*5V。从而实现了模拟量输入的隔离。AINC与AIN的关系为：

AINC=0.5AIN

图1、图2所述的元器件均为市售商品，实施例中的元器件型号可参见下表：

图1、图2中主要元器件表：

序号	元器件代号	元器件类型	元器件参数或型号
				1	IC6A、IC7A	运算放大器	LM358
2	IC10A、IC10B	运算放大器	LM393
				3	Q4	NPN型晶体管	MC3904
4	Q5	PNP型晶体管	MC3906
				5	PC5	光电耦合器	PC817
6	D6、D7	双二极管	1ss226

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种采用隔离光耦的模拟量输入电路，其特征在于，包括三角波发生器电路和隔离光耦及积分电路；

所述三角波发生器电路包括第一运放（IC6A）、第二运放（IC10A）、NPN型晶体管（Q4）以及PNP型晶体管（Q5）；第一运放（IC6A）的同相输入端连接差分电压，第一运放（IC6A）的反相输入端连接上拉的第一电阻（R62）以及下拉的第一电容（C38），第一运放（IC6A）的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的第二电容（C50），第一运放（IC6A）的负电源电压端接地，第一运放（IC6A）的输出端串联第二电阻（R63）后连接NPN型晶体管（Q4）的基极；NPN型晶体管（Q4）的集电极输出构成基准电压，NPN型晶体管（Q4）的发射极接地并串联第三电容（C45）后连接第二运放（IC10A）的反相输入端；第二运放（IC10A）的同相输入端连接差分电压，第二运放（IC10A）的正电源电压端连接+12V电压并连接下拉的第四电容（C20），第二运放（IC10A）的负电源电压端接地，第二运放（IC10A）的输出端与第一运放（IC6A）的反相输入端连接；第二运放（IC10A）的反相输入端连接PNP型晶体管（Q5）的集电极，PNP型晶体管（Q5）的发射极连接上拉的第三电阻（R64），PNP型晶体管（Q5）的基极连接下拉的第四电阻（R65）并连接稳压二极管（D10）的正极，稳压二极管（D10）的负极连接+12V电压；

所述隔离光耦及积分电路包括第三运放（IC10B）、第四运放（IC7A）以及光耦（PC5）；第五电容（C39）的一端连接模拟量输入信号，另一端接地；第五电阻（R29）的一端连接模拟量输入信号，另一端连接接口（JP1）的一端，接口（JP1）的另一端接地；第六电阻（R31）的一端连接模拟量输入信号，另一端连接第一双二极管（D7）的输入输出端；第七电阻（R32）和第六电容（C8）并联后的一端连接第一双二极管（D7）的输入输出端，另一端接地；第一双二极管（D7）的电源端连接+12V电压，第一双二极管（D7）的接地端接地，第一双二极管（D7）的输入输出端还连接第三运放（IC10B）的反相输入端；第三运放（IC10B）的同相输入端连接所述基准电压，第三运放（IC10B）的输出端串联第八电阻（R40）后连接光耦（PC5）的负极输入端；光耦（PC5）的正极输入端连接差分电压，光耦（PC5）的集电极输出端连接模拟电源电压，光耦（PC5）的发射极输出端串联第九电阻（R39）后连接模拟地，并串联第十电阻（R24）、第十一电阻（R60）后连接第四运放（IC7A）的同相输入端；第四运放（IC7A）的同相输入端串联第七电容（C7）后连接模拟地，第四运放（IC7A）的反相输入端与输出端连接，第四运放（IC7A）的正电源电压端连接+15V电压并串联第八电容（C19）后连接模拟地，第四运放（IC7A）的负电源电压端连接模拟地，第四运放（IC7A）的输出端串联第九电容（C52）后连接在第十电阻（R24）和第十一电阻（R60）之间，第四运放（IC7A）的输出端同时串联第十二电阻（R61）后连接第二双二极管（D6）的输入输出端；第二双二极管（D6）的输入输出端串联第十电容（C13）后连接模拟地，第二双二极管（D6）的电源端连接模拟电源电压，第二双二极管（D6）的接地端连接模拟地，第二双二极管（D6）的输入输出端还连接第十三电阻（R58）的一端，第十三电阻（R58）的另一端串联第十一电容（C29）后连接模拟地，并构成模拟量输出端。