CN208172722U - 一种具有隔离功能的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及控制电路板设计技术领域，特别涉及一种具有隔离功能的控制系统，为减少现有技术中CPU和采样电路之间未进行隔离而使得CPU容易被损坏的现象的发生，其技术方案要点包括基板，所述基板上设置有CPU、采样电路、以及电源电路，所述电源电路上耦接有连接于CPU的稳压电路、以及连接于采样电路的电源隔离电路，且所述CPU和所述采样电路之间设置有用于实现CPU和采样电路之间通讯连接的通讯隔离电路，对CPU和采样电路进行电气隔离，从而降低CPU的损坏机率，提高人体安全性。

Description

一种具有隔离功能的控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制电路板设计技术领域，特别涉及一种具有隔离功能的控制系统。

背景技术

通常，电路控制板中包括CPU（中央处理器）、与CPU通讯连接的采样电路、以及对CPU进行供电的电源模块。

电子设计领域中，CPU的供电电源值为低电压，而我们的市电为AC220V，相较于CPU所需电源供电值则属于高电压，且采样电路直接对AC220V进行采样，并通过与CPU相应管脚进行连接后将采样结果传输至CPU中，实现采样电路和CPU之间的串行通讯。

但是，由于高压爬电现象，以及采样电路与CPU共地后会受到高压的干扰，从而使得低压电路的工作受到干扰，且使得CPU接收到高压后容易损坏，同时当人体接触到CPU时会发生触电现象，危害人体安全。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有隔离功能的控制系统，对CPU和采样电路进行电气隔离，从而降低CPU的损坏机率，提高人体安全性。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具有隔离功能的控制系统，包括基板，所述基板上设置有CPU、采样电路、以及电源电路，所述电源电路上耦接有连接于CPU的稳压电路、以及连接于采样电路的电源隔离电路，且所述CPU和所述采样电路之间设置有用于实现CPU和采样电路之间通讯连接的通讯隔离电路。

通过上述技术方案，CPU为控制系统的中央处理器，通过采样电路对输入的高电压进行采样，并通过通讯隔离电路在保证采样电路与CPU之间实现通讯的前提下进行电气隔离，同时通过稳压电路向CPU供电以及通过电源隔离电路向采样电路供电，通过与电源电路连接后分别对相应电路的进行供电，在保证各部分在有电源的前提下实现电气隔离；通过通讯隔离电路和电源隔离电路取代采样电路和CPU之间的电气连接，实现CPU与采样电路之间的电气隔离，进而降低了CPU的损坏机率，从而提高人体在操作时的安全性。

进一步的，所述通讯隔离电路包括用于实现CPU控制采样电路动作且进行电气隔离的第一光耦隔离电路、和用于实现采样电路控制CPU动作且进行电气隔离的第二光耦隔离电路。

通过上述技术方案，通过第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路在实现采样电路和CPU之间的双向信号传输工程中实现电气隔离。

进一步的，所述第一光耦隔离电路包括安装于基板上且用于对CPU的信号输出端是否工作进行指示的指示灯D5、以及安装于基板上且用于对采样电路的信号接收端是否工作进行指示的指示灯D7。

通过上述技术方案，通过指示灯D5对CPU传输信号至采样电路时的线路工作情况进行提示，通过指示灯D7对采样电路接收CPU信号时的线路工作情况进行提示，从而方便工作人员根据指示灯D5和指示灯D7的工作情况来判断CPU向采样电路传输信号时的工作是否正常，从而便于第一光耦隔离电路的线路检查。

进一步的，所述第二光耦隔离电路包括安装于基板上且用于对采样电路的信号输出端是否工作进行指示的指示灯D6、以及安装于基板上且用于对CPU的信号接收端是否工作进行指示的指示灯D8。

通过上述技术方案，通过指示灯D6对采样电路传输信号至CPU时的线路工作情况进行提示，通过指示灯D8对CPU接收采样电路信号时的线路工作情况进行提示，从而方便工作人员根据指示灯D6和指示灯D8的工作情况来判断采样电路向CPU传输信号时的工作是否正常，从而便于第二光耦隔离电路的线路检查。

进一步的，所述稳压电路包括芯片AMS1117，芯片AMS1117具有引脚1、引脚2、引脚3和引脚4，所述基板上安装有铜皮，芯片AMS111的引脚4和引脚2连接至铜皮。

通过上述技术方案，通过将芯片AMS1117的引脚2和引脚4连接至铜皮，使得芯片AMS1117的热量也通过引脚2和引脚4传递至铜皮，通过铜皮加速芯片AMS1117的散热速度，进而达到延长芯片AMS1117使用寿命的目的。

且通过将芯片AMS1117的引脚2和引脚4连接至铜皮，进一步增加了导电线路的宽度，增加芯片AMS1117通流能力，进而保证芯片AMS1117输出电流的可靠性。

进一步的，所述芯片AMS1117的引脚2和CPU对应引脚之间连接有0欧电阻。

通过上述技术方案，通过连接于芯片AMS1117的引脚2与CPU之间的0欧电阻，实现模拟电和信号电之间的隔离，且在PCB上方便调试和兼容设计；且通过0欧电阻兼作保险丝进行使用，进一步防止更大事故的发生。

进一步的，所述芯片AMS1117的引脚2和CPU对应引脚之间连接有磁珠。

通过上述技术方案，通过连接于芯片AMS1117的引脚2与CPU之间的磁珠，实现模拟电和信号电之间的隔离；消除存在于传输电路中的RF噪声。

进一步的，所述电源隔离电路包括芯片B0503XT，所述芯片B0503XT具有引脚1、引脚2、引脚4、引脚5和引脚8，芯片B0503XT的引脚1接地GND1，芯片B0503XT的引脚2耦接于电源电路的输出端，且芯片B0503XT的引脚2与芯片B0503XT的引脚1之间耦接有电容C61，芯片B0503XT的引脚4接地GND2，芯片B0503XT的引脚5和地GN2之间耦接有电容C62，且地GN21和地GND2为两个不连通的接地点。

通过上述技术方案，通过电容C61和电容C62对电源隔离电路进行滤波；由于隔离电源电路耦接于电源电路的输出端，故通过芯片B0503XT的内部互感线圈和两个不连通的接地点实现隔离，进而使得电源隔离电路中与采样电路连接部分的接地点与CPU的接地点实现隔离，以实现采样电路和CPU电源部分的电气隔离。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

通过电源隔离电路和通讯隔离电路使得CPU和采样电路之间实现电气隔离，达到降低CPU损坏概率的目的，且进一步提高人身安全性。

附图说明

图1是实施例一的整体结构框图；

图2主要示出CPU的引脚及CPU的外围电路；

图3是实施例一中采样电路的电路图；

图4是实施例一中电源电路的电路图；

图5是实施例一中第一转换电路的电路图；

图6是实施例一中第二转换电路的电路图；

图7是实施例一中电源电路的电路图；

图8是实施例一中通讯隔离电路的电路图。

附图标记：1、基板；2、采样电路；3、电源电路；4、稳压电路；5、电源隔离电路；6、通讯隔离电路；7、第一转换电路；8、第二转换电路；9、第一光耦隔离电路；10、第二光耦隔离电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

一种具有隔离功能的控制系统，如图1所示，包括基板1，基板1上安装有CPU、采样电路2、以及电源电路3，电源电路3的输出端耦接有稳压电路4和电源隔离电路5，且CPU和采样电路2之间设置有通讯隔离电路6，通过通讯隔离电路6实现CPU和采样电路2之间电气隔离，并在实现CPU和采样电路2之间电气隔离的同时实现通讯。

本实施例中，为清楚展示各个元器件之间的连接关系，故将CPU的相应管脚以及对应的外围电路示出，但实现不同功能则需要不同的CPU外围电路，本文中不在赘述。

且本实施例中，为实现采样电路2和CPU之间的电气隔离，供设置有两个互不连通的接地点，分别为地GND1和地GND2。

稳压电路4耦接于电源电路3的输出端，并完成稳压后对CPU进行供电，电源隔离电路5耦接于电源电路3的输出端，并对采样电路2进行供电。

如图4所示，电源电路3包括芯片U5、外接直流电插座J4、稳压二极管D13、电容C52、电容C3、电容C58、稳压二极管D3、电感L1、电容C4、电容C60、电容C59、电阻R15、电阻R14、电阻R36、电容C5、电容C53。

本实施例中，芯片U5选用芯片SGM6132，外接直流电插座J4连接有DC12V，芯片U5具有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5、引脚6、引脚7和引脚8，芯片U5的引脚2耦接至稳压二极管D13的阴极，稳压二极管D13的阳极耦接至外界直流插座J4的一端，外接直流电插座J4的另一端接地GND1，且电容C52耦接于芯片U5的引脚2和地GND1之间，电容C3耦接于芯片U5的引脚2和地GND1之间，电容C58的一端耦接至芯片U5的引脚1，电容C58的另一端耦接至芯片U5的引脚3，芯片U5的引脚3耦接于稳压二极管D3的阴极，稳压二极管D3的阳极接地GND1,芯片U5的引脚3耦接于电感L1的一端，电感L1的另一端为电源电路3的输出端，本实施例中，电源电路3输出+5V的电压。

电容C4串接于芯片U5的引脚8和地GND1之间，芯片U5的引脚7悬空，电容C60串接于芯片U5的引脚6和地GND1之间，芯片U5的引脚还耦接于电容C59的一端，电容C59的另一端耦接于电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地GND1。

电阻R14耦接于芯片U5的引脚5和地GND1之间，电容R36耦接于芯片U5的引脚5和电感L1的另一端之间，电容C5串接于电感L1的另一端和地GND1之间，电容C53串接于电感L1的另一端和地GND1之间。

如图5和图6所示，根据本实施例中CPU不同管脚处的接电需要，即一部分管脚需要接+3.3V的电源，一部分管脚需要接+1.8V的电源，则稳压电路4包括第一转换电路7和第二转换电路8，第一转换电路7耦接于电源电路3的输出端，将电源电路3输出的+5V的电压转换为+3.3V，第二转换电路8耦接于第一转换电路7的输出端，以将+3.3V的电压转换为+1.8V。

如图5所示，第一转换电路7包括芯片U6、电容C54、电容C6、电容C7、电容C55、元器件R38、元器件R39、元器件R40。

本实施例中，芯片U6选用芯片AMS1117-3V3，3V3表示3.3V，芯片U6及其外围电路的作用则是将+5V的输入电源转换为+3.3V的输出电压。

芯片U6具有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，且芯片U6的引脚3耦接于电源电路3的输出端以接收+5V电压，芯片U6的引脚2为输出端。

芯片U6的引脚1接地GND1，芯片U6引脚2的输出电压为+3.3V，芯片U6的引脚4耦接于芯片U6的引脚2，电容C54串接于芯片U6的引脚2和地GND1之间，电容C6串接于芯片U6的引脚2和地GND1之间，电容C7串接于芯片U6的引脚3和地GND1之间，电容C55串接于芯片U6的引脚3和地GND1之间，元器件R38串接于芯片U6的引脚2和对应CPU的管脚端，元器件R39串接于芯片U6的引脚2和对应CPU的管脚端，元器件R40串接于芯片U6的引脚2和对应CPU的管脚端。

如图6所示，第二转换电路8包括芯片U7、电容C56、电容C11、电容C14、电容C57、元器件R41。

本实施例中，芯片U7选用芯片AMS1117-1V8，1V8表示1.8V，芯片U7及其外围电路的作用则是将+3.3V的输入电压转换为+1.8V的输出电压。

芯片U7具有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，且芯片U7的引脚3耦接于第一转换电路7的输出端以接收+3.3V电压，芯片U7的引脚2为输出端。

芯片U7的引脚1接地GND1，芯片U7引脚2的输出电压为+1.8V，芯片U7的引脚4耦接于芯片U7的引脚2，电容C56串接于芯片U7的引脚2和地GND1之间，电容C11串接于芯片U7的引脚2和地GND1之间，电容C14串接于芯片U6的引脚3和地GND1之间，电容C57串接于芯片U7的引脚3和地GND1之间，元器件R41串接于芯片U7的引脚2和对应CPU的管脚端。

上述文案中，元器件R38、元器件R39、元器件R40、以及元器件R41选用0欧电阻，通过实现模拟电和信号电之间的隔离，且在PCB上方便调试和兼容设计；且通过0欧电阻兼作保险丝进行使用，进一步防止更大事故的发生

为提高芯片U6和芯片U7的散热效率和延长芯片U6和芯片U7的使用寿命，基板1上贴附有两块铜皮（图中未示出），两块铜皮相互独立，互不连接。

对于芯片U6来说，芯片U6的引脚2与设置于其附近的铜皮连接，通过铜皮增大芯片U6的散热面积，从而提高芯片U6的散热效率，且通过将芯片U6的引脚4增加输出线路铜的宽度，进而增加芯片U6的通流能力，保证芯片U6输出电流的可靠性。

对于芯片U7来说，芯片U7的引脚2与设置于其附近的铜皮连接，通过铜皮增大芯片U7的散热面积，从而提高芯片U7的散热效率，且通过将芯片U7的引脚4增加输出线路铜的宽度，进而增加芯片U7的通流能力，保证芯片U7输出电流的可靠性。

如图7所示，电源隔离电路5包括芯片B0503XT，芯片B0503XT具有引脚1、引脚2、引脚4、引脚5和引脚8，芯片B0503XT的引脚1接地GND1，芯片B0503XT的引脚2耦接于电源电路3的输出端，且芯片B0503XT的引脚2与芯片B0503XT的引脚1之间耦接有电容C61，芯片B0503XT的引脚4接地GND2，芯片B0503XT的引脚5和地GN2之间耦接有电容C62。

通过电容C61和电容C62对电源隔离电路5进行滤波；由于隔离电源电路3耦接于电源电路3的输出端，故通过芯片B0503XT的内部互感线圈和两个不连通的接地点实现隔离，进而使得电源隔离电路5中与采样电路2连接部分的接地点与CPU的接地点实现隔离，以实现采样电路2和CPU电源部分的电气隔离。

如图8所示，通讯隔离电路6包括用于实现CPU控制采样电路2动作且进行电气隔离的第一光耦隔离电路9、和用于实现采样电路2控制CPU动作且进行电气隔离的第二光耦隔离电路10。

第一光耦隔离电路9包括：

光耦合器U2，具有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，其引脚2耦接至CPU的TXD_C，即本实施例中CPU的引脚56，其引脚3耦接至地GND2，其引脚4耦接至采样电路2的RXD；

提示灯D5，安装于基板1上，其阴极耦接于光耦合器U2的引脚1；

电阻R24，其一端耦接于提示灯D5的阳极，其另一端耦接于芯片U6的引脚2；

提示灯D7，安装于基板1上，其阴极耦接于光耦合器U2的引脚4，且其阴极耦接于采样电路2的RXD；

电阻R16，其一端耦接于提示灯D7的阳极，其另一端耦接于芯片U8的引脚5。

第二光耦隔离电路10包括：

光耦合器U3，具有引脚1、引脚2、引脚3、引脚4，其引脚2耦接至采样电路2的TXD，其引脚3耦接至地GND1，其引脚4耦接至CPU的RXD¬¬_C；

提示灯D6，安装于基板1上，其阴极耦接于光耦合器U3的引脚1；

电阻R25，其一端耦接于提示灯D6的阳极，其另一端耦接于芯片U8的引脚5；

提示灯D8，安装于基板1上，其阴极耦接于光耦合器U3的引脚4；

电阻R17，其一端耦接于提示灯D8的阳极，其另一端耦接于芯片U6的引脚2。

通过指示灯D5对CPU传输信号至采样电路2时的线路工作情况进行提示，通过指示灯D7对采样电路2接收CPU信号时的线路工作情况进行提示，从而方便工作人员根据指示灯D5和指示灯D7的工作情况来判断CPU向采样电路2传输信号时的工作是否正常，从而便于第一光耦隔离电路9的线路检查。

通过指示灯D6对采样电路2传输信号至CPU时的线路工作情况进行提示，通过指示灯D8对CPU接收采样电路2信号时的线路工作情况进行提示，从而方便工作人员根据指示灯D6和指示灯D8的工作情况来判断采样电路2向CPU传输信号时的工作是否正常，从而便于第二光耦隔离电路10的线路检查。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于：元器件R38、元器件R39、元器件R40、以及元器件R41为磁珠。

通过连接于芯片AMS1117的引脚2与CPU之间的磁珠，实现模拟电和信号电之间的隔离；消除存在于传输电路中的RF噪声。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：包括基板(1)，所述基板(1)上设置有CPU、采样电路(2)、以及电源电路(3)，所述电源电路(3)上耦接有连接于CPU的稳压电路(4)、以及连接于采样电路(2)的电源隔离电路(5)，且所述CPU和所述采样电路(2)之间设置有用于实现CPU和采样电路(2)之间通讯连接的通讯隔离电路(6)。

2.根据权利要求1所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述通讯隔离电路(6)包括用于实现CPU控制采样电路(2)动作且进行电气隔离的第一光耦隔离电路(9)、和用于实现采样电路(2)控制CPU动作且进行电气隔离的第二光耦隔离电路(10)。

3.根据权利要求2所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述第一光耦隔离电路(9)包括安装于基板(1)上且用于对CPU的信号输出端是否工作进行指示的指示灯D5、以及安装于基板(1)上且用于对采样电路(2)的信号接收端是否工作进行指示的指示灯D7。

4.根据权利要求2所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述第二光耦隔离电路(10)包括安装于基板(1)上且用于对采样电路(2)的信号输出端是否工作进行指示的指示灯D6、以及安装于基板(1)上且用于对CPU的信号接收端是否工作进行指示的指示灯D8。

5.根据权利要求1所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述稳压电路(4)包括芯片AMS1117，芯片AMS1117具有引脚1、引脚2、引脚3和引脚4，所述基板(1)上安装有铜皮，芯片AMS111的引脚4和引脚2连接至铜皮。

6.根据权利要求5所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述芯片AMS1117的引脚2和CPU对应引脚之间连接有0欧电阻。

7.根据权利要求5所述的一种具有隔离功能的控制系统，所述芯片AMS1117的引脚2和CPU对应引脚之间连接有磁珠。

8.根据权利要求1所述的一种具有隔离功能的控制系统，其特征在于：所述电源隔离电路(5)包括芯片B0503XT，所述芯片B0503XT具有引脚1、引脚2、引脚4、引脚5和引脚8，芯片B0503XT的引脚1接地GND1，芯片B0503XT的引脚2耦接于电源电路(3)的输出端，且芯片B0503XT的引脚2与芯片B0503XT的引脚1之间耦接有电容C61，芯片B0503XT的引脚4接地GND2，芯片B0503XT的引脚5和地GN2之间耦接有电容C62，且地GN21和地GND2为两个不连通的接地点。