CN206993088U - 一种飞电容模拟信号隔离模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞电容模拟信号隔离模块，其通过接收电路对输入的模拟进行预处理，再将模拟信号耦合在方波发生器产生的方波上，得到调制信号，并采用两个隔离电容分别隔离两路相同的调制信号，而得到两路电容信号，两路电容信号分别输入至运算放大器，以提升该电容信号的驱动能力，最后通过输出电路对该电容信号解调，并输出解调后电容信号的电压。因此，本实用新型采用隔离电容对调制信号进行电气隔离，在隔离时信号不易受外界的干扰，具有隔离精度高，结构简单，成本低以及便于维护的优点。

Description

一种飞电容模拟信号隔离模块

技术领域

本实用新型涉及模拟信号气隔离技术领域，特别涉及一种飞电容模拟信号隔离模块。

背景技术

目前，主要用于安装在高压部分与低压部分的信号采集端接口之间的隔离模块，通常采用的隔离方式有两种，一种是采用线性光耦的隔离方式，其通过调节光的强度达到对模拟信号的电气隔离效果，但是由于电流的强度难以控制，采用控制电流来控制发光二极管的光照强度，以达到表示不同的信号强度，但当光线中存在不同的色光，不同色光具有不同的频率范围，会给接收带来很大的困难。另一种是采用变压器的隔离方式，其先通过将信号加载到一个载波上，再通过隔离变压器耦合至变压器次级，但是由于变压器的线圈与磁芯的体积限制，难以做成小体积封装，采用人工线制的线圈存在漆包线排布不均和气隙等因素，影响精度。

因此，这两种隔离方式由于其器件本身的原因，难以达到高精度的模拟信号电气隔离，信号在隔离模块中容易受到外界的干扰。同时，这两种隔离方式均是通过将电信号转化为光能或磁场能，然后在隔离后再将光能或磁场转换为电信号，但是，复杂的信号转换会一定程度上影响隔离后信号的精度，使两种电气隔离方式均难以达到的隔离精度在0.1％以内。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决现有模拟信号的电气隔离方式，无法实现高精度信号，以及电气隔离的结构复杂，电气隔离设备的制作成本高的技术问题。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种飞电容模拟信号隔离模块，其包括接收电路、隔离电路和输出电路；其中，

所述接收电路，用于预处理输入的模拟信号；

所述隔离电路包括方波发生器、耦合器、第一运算放大器和两个隔离电容，所述耦合器用于将所述接收电路处理后的模拟信号耦合在所述方波发生器所产生的方波信号上，而得到调制信号，并且所述耦合器具有两个输出端，所述第一运算放大器具有两个输入端，所述耦合器的输出端与所述第一运算放大器的输入端之间分别连接一个所述隔离电容，所述耦合器输出的所述调制信号经所述隔离电容的隔离，得到电容信号，所述第一运算放大器对输入的所述电容信号进行放大，以提高所述电容信号的驱动能力；

所述输出电路与所述运算放大器的输出端连接，用于解调所述电容信号，并输出解调后的所述电容信号的电压。

根据一种具体的实施方式，本实用新型的飞电容模拟信号隔离模块中，所述接收电路包括第一运放电路，用于对输入的模拟信号进行放大。

进一步地，还包括反馈电路，其中，所述反馈电路包括两个隔离电容、第二运算放大器和解调器，并且，所述第二运算放大器具有两个输入端，所述耦合器的输出端与所述第二运算放大器的输入端之间分别连接一个所述隔离电容，所述耦合器输出的所述调制信号经所述隔离电容的隔离，得到电容信号，所述第二运算放大器对输入的所述电容信号进行放大，以提高所述电容信号的驱动能力；所述解调器用于解调所述电容信号，并将解调后的电容信号输出至所述接收电路，实现与输入的模拟信号的叠加校准。

根据一种具体的实施方式，本实用新型的飞电容模拟信号隔离模块中，所述输出电路包括解调器、第二运放电路和输出电阻；其中，解调器用于解调所述运算放大器输出的电容信号，第二运放电路用于输出解调后的电容信号的电压。

进一步地，所述输出电路包括保持器，用于防止所述第二运放电路输出解调后的电容信号的电压发生突变。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的飞电容模拟信号隔离模块，其通过接收电路对输入的模拟进行预处理，再将模拟信号耦合在方波发生器产生的方波上，得到调制信号，并采用两个隔离电容分别隔离两路相同的调制信号，而得到两路电容信号，两路电容信号分别输入至运算放大器，以提升该电容信号的驱动能力，最后通过输出电路对该电容信号解调，并输出解调后电容信号的电压。因此，本实用新型采用隔离电容对调制信号进行电气隔离，在隔离时信号不易受外界的干扰，具有隔离精度高，结构简单，成本低以及便于维护的优点。

2、本实用新型的飞电容模拟信号隔离模块还具有反馈电路，将隔离后的信号反馈至模拟信号的输入端，实现与模拟信号的叠加校准，从而保证信号不失真和畸变。

3、本实用新型的飞电容模拟信号隔离模块中的输出电路设置有保持器，并通过该保持器，避免输出信号发生突变。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

如图1所示的本实用新型的结构示意图，其中，本实用新型飞电容模拟信号隔离模块包括接收电路、隔离电路和输出电路。

其中，由接收电路的输入端输入模拟信号，并且接收电路对输入的模拟信号进行预处理。隔离电路包括方波发生器、耦合器、第一运算放大器U1和两个隔离电容C1和C2。耦合器用于将接收电路处理后的模拟信号耦合在方波发生器所产生的方波信号上，而得到调制信号。而且，耦合器具有两个输出端，每一个输出端输出一路调制信号，第一运算放大器U1具有两个输入端，耦合器的一个输出端与第一运算放大器U1的一个输入端之间连接隔离电容C1，耦合器的另一个输出端与第一运算放大器U1的另一个输入端之间连接隔离电容C2。

耦合器输出的两路调制信号分别经隔离电容C1和C2的隔离，即调制信号输入至隔离电容C1或C2后，对隔离电容C1或C2进行充电，同时，隔离电容C1或C2的另一端得到电容信号。然后，第一运算放大器U1对隔离电容C1和C2输入的两路电容信号进行放大，以提高该电容信号的驱动能力。

输出电路与运算放大器U1的输出端连接，用于解调该电容信号，并输出解调后的电容信号的电压。

因此，本实用新型采用隔离电容对调制信号进行电气隔离，在隔离时信号不易受外界的干扰，具有隔离精度高，结构简单，成本低以及便于维护的优点。

结合图2所示的本实用新型电路结构图；其中，本实用新型飞电容模拟信号隔离模块中，接收电路采用第一运放电路，用于对输入的模拟信号进行放大。该接收电路包括运算放大器U2、输入电阻R1和电容C5，其中输入电阻R1的一端分别与运算放大器U2的一个输入端和电容C5的一端连接，运算放大器U2的另一个输入端接地，电容C5的另一端与运算放大器U2的输出端连接。

而本实用新型的输出电路包括一个解调器、第二运放电路，并且，解调器解调运算放大器U1输出的电容信号后，通过第二运放电路拾取电容信号的电压。

其中，第二运放电路包括运算放大器U4、输出电阻R4和电容C6，并且，输出电阻R4的一端分别与运算放大器U4的一个输入端和电容C6的一端连接，运算放大器U4的另一个输入端接地，电容C6的另一端与运算放大器U4的输出端连接。运算放大器U1的输出端通过电阻R3与输出电路解调器的输入端连接，输出电路解调器的输出端与运算放大器U4上连接有输出电阻R4的输入端端连接，输出电阻R4的另一端作为电容信号电压的输出端。

在本实施例中，本实用新型飞电容模拟信号隔离模块还包括反馈电路。其中，反馈电路包括两个隔离电容C3和C4、第二运算放大器U3和一个解调器。而且，第二运算放大器U3具有两个输入端，耦合器的一个输出端与第二运算放大器U3的一个输入端之间连接隔离电容C3，耦合器的另一个输出端与第二运算放大器U3的另一个输入端之间连接隔离电容C4。

耦合器输出的两路调制信号分别经隔离电容C3和C4的隔离，即调制信号输入至隔离电容C3或C4后，对隔离电容C3或C4进行充电，同时，隔离电容C3或C4的另一端得到电容信号。然后，第二运算放大器U3对隔离电容C3和C4输入的两路电容信号进行放大，以提高该电容信号的驱动能力。

第二运算放大器U3通过电阻R2与反馈电路解调器的输入端连接，该解调器用于解调电容信号，并将解调后的电容信号输出至运算放大器U2连接有输入电阻R1的输入端，实现与输入的模拟信号的叠加校准。因此，本实用新型通过设置反馈电路，能够保证信号不失真和畸变，进一步地提升隔离精度。

在本实施例中，本实用新型的输出电路还包括保持器，其中，该保持的两端分别连接在运算放大器U4的输出端和电容信号电压的输出端，而且，本实用新型通过设置该保持器，避免输出额电容信号电压发生突变。

Claims (6)

1.一种飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，包括接收电路、隔离电路和输出电路；其中，

所述接收电路，用于预处理输入的模拟信号；

所述隔离电路包括方波发生器、耦合器、第一运算放大器和两个隔离电容，所述耦合器用于将所述接收电路处理后的模拟信号耦合在所述方波发生器所产生的方波信号上，而得到调制信号，并且所述耦合器具有两个输出端，所述第一运算放大器具有两个输入端，所述耦合器的输出端与所述第一运算放大器的输入端之间分别连接一个所述隔离电容，所述耦合器输出的所述调制信号经所述隔离电容的隔离，得到电容信号，所述第一运算放大器对输入的所述电容信号进行放大，以提高所述电容信号的驱动能力；

所述输出电路与所述运算放大器的输出端连接，用于解调所述电容信号，并输出解调后的所述电容信号的电压。

2.如权利要求1所述的飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，所述接收电路为第一运放电路，用于对输入的模拟信号进行放大。

3.如权利要求1所述的飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，还包括反馈电路，其中，所述反馈电路包括两个隔离电容、第二运算放大器和解调器，并且，所述第二运算放大器具有两个输入端，所述耦合器的输出端与所述第二运算放大器的输入端之间分别连接一个所述隔离电容，所述耦合器输出的所述调制信号经所述隔离电容的隔离，得到电容信号，所述第二运算放大器对输入的所述电容信号进行放大，以提高所述电容信号的驱动能力；所述解调器用于解调所述电容信号，并将解调后的电容信号输出至所述接收电路，实现与输入的模拟信号的叠加校准。

4.如权利要求1～3之一所述的飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，所述隔离电容为无极性电容。

5.如权利要求1所述的飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，所述输出电路包括解调器和第二运放电路；其中，解调器用于解调所述运算放大器输出的电容信号，第二运放电路用于输出解调后的电容信号的电压。

6.如权利要求5所述的飞电容模拟信号隔离模块，其特征在于，所述输出电路包括保持器，用于防止所述第二运放电路输出解调后的电容信号的电压发生突变。