CN204967790U - Pwm转两线制隔离电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种隔离电路，具体公开了一种PWM转两线制隔离电路，其包括一MCU，所述MCU依次电性连接有PWM光电隔离器、积分电路、V/I转换电路及滤波电路；所述V/I转换电路与一系统电源相连接，该系统电源与MCU之间电性连接有一高频变压器；所述系统电源与积分电路之间连接有一基准电压，该基准电压一端还与PWM光电隔离器电性连接；所述滤波电路还与电压输入端相连接。本实用新型解决了共模干扰对测量精度的影响和电位不同对设备带来的危害，具有精度高，成本低，性价比高的特点。

Description

PWM转两线制隔离电路

技术领域

本实用新型涉及一种隔离电路，尤其涉及一种脉宽调制信号(PWM)转换为标准模拟量电信号的隔离电路。

背景技术

工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等；另外电物理量(简称电量)，例如电流、电压、功率、频率等，都需要转换成标准模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的标准模拟量电信号是用4-20mA直流电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰，并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0，常取2mA作为断线报警值。

然而在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。根据理论和实践分析，有三种解决方案：

第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

第二种方案：使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全做到。

第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题。该方案为优先选择方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种PWM转两线制隔离电路，解决了共模干扰对测量精度的影响和电位不同对设备带来的危害，具有精度高，成本低，性价比高的特点。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种PWM转两线制隔离电路，其包括：一MCU，所述MCU依次电性连接有PWM光电隔离器、积分电路、V/I转换电路及滤波电路；所述V/I转换电路与一系统电源相连接，该系统电源与MCU之间电性连接有一高频变压器；所述系统电源与积分电路之间连接有一基准电压，该基准电压一端还与PWM光电隔离器电性连接；所述滤波电路还与电压输入端相连接。

其中，所述PWM光电隔离器内包括有第一逻辑门电路及与其电性连接的光耦，该第一逻辑门电路一端与MCU电性连接。

进一步地，所述积分电路与PWM光电隔离器之间电性连接有第二逻辑门电路及数个电阻，该第二逻辑门电路一端还电性连接一第三逻辑门电路。

具体的，所述第一逻辑门电路、第二逻辑门电路及第三逻辑门电路均为一施密特触发器。

优选的，所述施密特触发器可以采用型号为MC14093BD的施密特触发器芯片。

本实用新型中，所述V/I转换电路内包括有相连接的第一运算放大器及一三极管Q1，该第一运算放大器与三极管Q1组成一4-20mA输出电路。

本实用新型中，所述滤波电路内包括有4个相互电性连接的TVS二极管及两个电容。

具体的，所述系统电源为一稳定的5V稳压电源，该系统电源内包括有相连接的第二运算放大器及一三极管Q3。

选择性的，所述第一运算放大器和第二运算放大器均可采用美国德州仪器公司的型号为TLC2252的轨对轨运算放大器。

具体的，所述基准电压为一2.5V的电压。

本实用新型的PWM转两线制隔离电路，是根据自身产品情况和两线制隔离的优点而开发的电路，其整个电路设计精简、高集成度，并且所有元器件都选择了能够工作于-40～85℃扩展工业级温度区间的产品，能够保证电源可靠应用于现场变送器，其不但解决了共模干扰对测量精度的影响和电位不同对设备带来的危害，而且具有精度高，成本低，性价比高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中PWM转两线制隔离电路的模块框图；

图2为本实用新型中PWM转两线制隔离电路一种具体实施例的电路连接图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种PWM转两线制隔离电路，其包括：一MCU10，所述MCU10依次电性连接有PWM光电隔离器20、积分电路30、V/I转换电路40及滤波电路50；所述V/I转换电路40与一系统电源60相连接，该系统电源60与MCU10之间电性连接有一高频变压器70；所述系统电源60与积分电路30之间连接有一基准电压80，该基准电压80一端还与PWM光电隔离器20电性连接；所述滤波电路50还与电压输入端相连接。本实用新型根据自身产品情况和两线制隔离的优点而开发的电路，其整个电路设计精简、高集成度，并且所有元器件都选择了能够工作于-40～85℃扩展工业级温度区间的产品，能够保证电源可靠应用于现场变送器，其不但解决了共模干扰对测量精度的影响和电位不同对设备带来的危害，而且具有精度高，成本低，性价比高的特点。

其中，MCU10根据现场实际情况，如温度，压力或流量的大小输出某一占空比的PWM信号。如图2所示，作为本实用新型的一种具体实施例，所述PWM光电隔离器20内包括有第一逻辑门电路22及与其电性连接的光耦24，该第一逻辑门电路22一端与MCU10电性连接。该PWM光电隔离器20通过光耦24实现对MCU10输出的PWM信号的光电隔离。

积分电路30用于将MCU10输出的PWM信号通过积分电路30变为稳定的电压信号。作为本实用新型的一种选择性实施例，所述积分电路30与PWM光电隔离器20之间电性连接有第二逻辑门电路32及数个电阻，该第二逻辑门电路32一端还电性连接一第三逻辑门电路34。作为本实用新型的一种具体实施例，所述第一逻辑门电路22、第二逻辑门电路32及第三逻辑门电路34均为一施密特触发器。优选的，所述施密特触发器可以采用型号为MC14093BD的施密特触发器芯片。

本实用新型中，所述V/I转换电路40通过恒流源电路实现电压电流的转换，VI转换的主要作用是控制24VDC回路中电流的大小。在本实用新型具体实施例中，该V/I转换电路40内包括有相连接的第一运算放大器42及一三极管Q1，该第一运算放大器42与三极管Q1组成一4-20mA输出电路。

本实用新型中，所述滤波电路50内包括有4个相互电性连接的TVS二极管D1、D2、D3、D4及两个电容C1、C5，该滤波电路50通过4个TVS二极管实现电路保护，用两个电容对输入的24VDC电压信号进行滤波。

进一步地，所述系统电源60为一稳定的5V稳压电源，该系统电源60内包括有相连接的第二运算放大器62及一三极管Q3。作为本实用新型的一种选择性实施例，所述第一运算放大器42和第二运算放大器62均可以采用美国德州仪器公司的型号为TLC2252的轨对轨运算放大器。

本实用新型中，所述高频变压器70用于对5V稳压电源隔离，产生一个3.3V的隔离过的直流电源对MCU10供电。

作为本实用新型的一种具体实施例，所述基准电压80为一2.5V的电压，可以使积分电路30输出的电压值准确。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PWM转两线制隔离电路，包括一MCU，其特征在于，所述MCU依次电性连接有PWM光电隔离器、积分电路、V/I转换电路及滤波电路；所述V/I转换电路与一系统电源相连接，该系统电源与MCU之间电性连接有一高频变压器；所述系统电源与积分电路之间连接有一基准电压，该基准电压一端还与PWM光电隔离器电性连接；所述滤波电路还与电压输入端相连接。

2.如权利要求1所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述PWM光电隔离器内包括有第一逻辑门电路及与其电性连接的光耦，该第一逻辑门电路一端与MCU电性连接。

3.如权利要求2所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述积分电路与PWM光电隔离器之间电性连接有第二逻辑门电路及数个电阻，该第二逻辑门电路一端还电性连接一第三逻辑门电路。

4.如权利要求3所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述第一逻辑门电路、第二逻辑门电路及第三逻辑门电路均为一施密特触发器。

5.如权利要求4所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述施密特触发器采用型号为MC14093BD的施密特触发器芯片。

6.如权利要求1所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述V/I转换电路内包括有相连接的第一运算放大器及一三极管Q1，该第一运算放大器与三极管Q1组成一4-20mA输出电路。

7.如权利要求1所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述滤波电路内包括有4个相互电性连接的TVS二极管及两个电容。

8.如权利要求6所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述系统电源为一稳定的5V稳压电源，该系统电源内包括有相连接的第二运算放大器及一三极管Q3。

9.如权利要求8所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述第一运算放大器和第二运算放大器均采用美国德州仪器公司的型号为TLC2252的轨对轨运算放大器。

10.如权利要求1所述的PWM转两线制隔离电路，其特征在于，所述基准电压为一2.5V的电压。