CN209417142U - 一种无级数字信号采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无级数字信号采集电路。该无级数字信号采集电路包括恒流单元、第一光耦Q1和施密特触发器；所述恒流单元包括依次串联的多个限流二极管，其中每个限流二极管还并联一个阻值相同的电阻；所述恒流单元与第一光耦Q1的原边串联构成采集输入侧的基本回路，恒流单元与第一光耦Q1的原边之间还分出第一并联支路，该第一并联支路上设置有续流单元；采集输入侧的基本回路还并联有防浪涌单元；所述第一光耦Q1的副边与施密特触发器串联构成采集输出侧的基本回路。本实用新型通过限流二极管以恒流方式检测信号，不受电压跳变影响；强电侧和微电侧采用了光耦隔离，保证微电侧的安全；强电侧无需供电，可以应对复杂电气环境。

Description

一种无级数字信号采集电路

技术领域

本实用新型涉及一种数字信号采集电路。

背景技术

对于300V以下电压信号的采集，考虑到一般计算机系统处理电平为5V以下，需要降压和隔离处理才能接入到计算机系统，以保护核心计算机系统免受干扰和满足电气隔离要求。

目前，高压数字采集电路一般采用电压比较器加光或磁隔离的方式，或者采用光耦串联功率电阻方式，这两种方式均有诸多缺点：

首先，两种方式均不能很好的实现无级采集(即不需要变更电路就可以直接采集24V电压、48V电压、72V电压、110V电压等其它等级电压)。如果采用电压比较器加光或磁隔离的方式实现无级采集，则需要识别当前电压档和变更参考点，同时要为外围电路提供隔离电源，使采集电路复杂，故障点增加，也无法做到各通道地互相独立，无法适应一些复杂电气环境要求。如果采用光耦串联功率电阻方式，则光耦串联功率电阻需要根据电压调整功率电阻，否则会烧坏光耦或者光耦无法导通，导致无法检测，而且这种方式需要比较多的板卡面积。

其次，电网本身波动范围也很大，因为电路是根据某个电压等级设计，当电压等级变化或波动太大，会导致无法采集或者采集错误。在工业控制领域，采集的数字信号一般为24V～300V的电压信号，它的高电平一般是电源，低电平和地短路接通，所以控制不当会造成电源短路。信号采集电路经常运行在复杂的电磁环境中，如机车的数字信号检测，它的外围是大功率电机、接触器、继电器等，它们在工作时会给线路带来非常大的浪涌、辐射、传导等干扰，影响信号的检查的准确性。为了抗干扰，传统采用电压比较器方式都会加迟滞比较，虽然能一定作用，但是还是不能从根本解决，另外采用电压比较方式必须所有采集信号共地，如果采用独立地，电路成本非常昂贵。列车上电源变化范围也比较大，通常波动范围能达到DC73V～DC140V，所以采集电路必须适应宽范围。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗干扰能力强、结构简明、可靠的无级数字信号采集电路。

本实用新型的基本方案如下：

该无级数字信号采集电路包括恒流单元、第一光耦Q1和施密特触发器；所述恒流单元包括依次串联的多个限流二极管，其中每个限流二极管还并联一个阻值相同的电阻；所述恒流单元与第一光耦Q1的原边串联构成采集输入侧的基本回路，恒流单元与第一光耦Q1的原边之间还分出第一并联支路，该第一并联支路上设置有续流单元；采集输入侧的基本回路还并联有防浪涌单元；所述第一光耦Q1的副边与施密特触发器串联构成采集输出侧的基本回路。

基于以上方案，本实用新型还进一步作了如下优化：

续流单元采用RC并联电路(C2、R7、R8)。

防浪涌单元采用压敏电阻R6和电容C1的并联组合。

在恒流单元与采集输入侧的正端之间还串联有正向的二极管D1，第一光耦Q1的原边还并联有反向的二极管D5。

在恒流单元与第一光耦Q1之间还串联有限流电阻R4。

在采集输入侧的基本回路上，第一光耦Q1的原边与采集输入侧的负端之间还串联有第二光耦Q2的副边，第二光耦Q2的原边接入控制系统，用于配合控制系统对采集输入侧的基本回路进行自检。

多个限流二极管为导通压降为1～2V的三个限流二极管。

第一光耦Q1的副边与施密特触发器之间还设置有上拉电阻R5接+3V直流电压。

第一光耦Q1的副边还并联有电容C3。

本实用新型具有以下优点：

1、无级：因为采用恒流方式，检测信号输入不受电压跳变影响，可以用于24V到300V的检测。

2、安全：强电侧和微电侧采用了光耦隔离，保证微电侧的安全。若需要采集多个信号，则每一路都可采用该无级数字信号采集电路，各个通道之间是相互隔离的，不会存在线路接错导致的短路或故障。

3、可靠：采用了不易受干扰的电流作为检测对象，保证了检测的可靠性。

4、独立地：因为强电侧无需供电，多个通道时每个通道之间互相独立，不共地，因而可以应对复杂电气环境。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

如图1所示，该无级数字信号采集电路主要包括恒流单元、第一光耦Q1和施密特触发器；其中恒流单元包括依次串联的多个限流二极管(D2、D3、D4)以及分别并联的均压电阻(阻值相同的R1、R2、R3)；恒流单元与第一光耦Q1的原边串联构成采集输入侧的基本回路，恒流单元与第一光耦Q1的原边之间还分出第一并联支路，该第一并联支路上设置有续流单元；采集输入侧的基本回路还并联有防浪涌单元(C1、R6)；第一光耦Q1的副边与施密特触发器串联构成采集输出侧的基本回路。

图中主要元器件的作用说明如下：

D2、D3、D4：限流二极管，当D+/DI-为高电平时，起到限流作用，保证限流电流恒为一个值，该电流值可以让光耦工作。

R1、R2、R3：主要用于均压，保证限流二极管每个承受的压降是相同的，同时可为线路提供静态电流。

Q1：光耦，主要作用为隔离检测电流信号。

U1F：施密特触发器，主要进行波形整形。

Q2：光耦，可以配合控制系统对检测回路进行自检。

C1、R6：主要是防浪涌作用。

C2、R7、R8：续流作用，当Q1和Q2故障时，电流从C2、R7、R8网络回流，保证后级电路免承受高压。

D1、D5：防止电路线路接反的保护。

本实施例采用限流二极管和光耦串联的方式进行数字信号检测，限流二极管可以把电流恒流到一定范围内，每个限流二极管工作电压都大于100V。为了能够检测300V和提高耐压值，方案采用三只限流二极管串联，并为每个二极管并联一个阻值相同的电阻，保证每个限流二极管的压降相同；限流二极管导通压降为1～2V之间，理论计算开启电压为4V左右。因为限流二极管开启后，电流的大小和电压无关，无论电压为多少(不能超过限流二极管的耐压值)它恒流输出一个值，通过选择和合适的限流二极管和均压电阻来调节线路电流，满足光耦导通和隔离检查要求。因为恒流二极管和电压没关系，所以对电压的检测是无级的。

本实用新型采用检测电流信号而不采用检测电压信号的设计思路，是因为电压信号易受干扰，空间来的辐射干扰多由电磁感应引起，电磁感应的结果会导致电压跳动，但其能量小，基本不影响电流；对于线路的传导干扰，由于电压信号的内阻小，易叠加；一些线路自身的干扰(热电势、接触电势)多以电压形式出现。所以，采用检测电流更容易抗干扰。

该电路中高压侧回路中不需要供电，所以不存在共地，电路可以做到完全隔离，使每条通道独立，保证在复杂电气系统中的应用。

Claims (9)

1.一种无级数字信号采集电路，其特征在于：包括恒流单元、第一光耦Q1和施密特触发器；所述恒流单元包括依次串联的多个限流二极管，其中每个限流二极管还并联一个阻值相同的电阻；

所述恒流单元与第一光耦Q1的原边串联构成采集输入侧的基本回路，恒流单元与第一光耦Q1的原边之间还分出第一并联支路，该第一并联支路上设置有续流单元；采集输入侧的基本回路还并联有防浪涌单元；

所述第一光耦Q1的副边与施密特触发器串联构成采集输出侧的基本回路。

2.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：所述续流单元采用RC并联电路。

3.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：所述防浪涌单元采用压敏电阻R6和电容C1的并联组合。

4.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：在恒流单元与采集输入侧的正端之间还串联有正向的二极管D1，第一光耦Q1的原边还并联有反向的二极管D5。

5.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：在恒流单元与第一光耦Q1之间还串联有限流电阻R4。

6.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：在采集输入侧的基本回路上，第一光耦Q1的原边与采集输入侧的负端之间还串联有第二光耦Q2的副边，第二光耦Q2的原边接入控制系统，用于配合控制系统对采集输入侧的基本回路进行自检。

7.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：所述多个限流二极管为导通压降为1～2V的三个限流二极管。

8.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：第一光耦Q1的副边与施密特触发器之间还设置有上拉电阻R5接+3V直流电压。

9.根据权利要求1所述的无级数字信号采集电路，其特征在于：第一光耦Q1的副边还并联有电容C3。