CN209881762U - 一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路 - Google Patents

Abstract

一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，包括信号调理电路、隔离放大电路、增益放大电路和输出采样电路,所述信号调理电路的输入端与控制器CPU输出端相连,所述输出采样电路的输出端与应用设备的输入端相连,本实用新型模拟量输出隔离电路采用全差动隔离放大器，结构简单、性能稳定、线性度高，可有效实现模拟信号的隔离，保证模拟信号传输的完整性和准确性，提高复杂环境下系统的抗干扰能力，降低了系统级的功耗，适用于起重机运行的全环境。

Description

一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路

技术领域

本实用新型涉及起重机控制系统电路设计领域，尤其是涉及了一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路。

背景技术

随着起重机行业朝着自动化、智能化的方向快速发展，越来越多的电气设备应用到起重机控制系统中，现场模拟信号的传输和采集往往在系统应用中有着重要的地位。

起重机工作现场环境复杂，容易在电气设备间引起各种干扰，也可能将外部干扰噪声引入到系统中，进而导致设备误操作或损坏，引起重大的安全事故。目前，模拟量传输中的隔离电路主要采用光耦作为电气隔离器件；经检索，中国专利授权号为CN201621083767.6的专利，公开了一种用于变频器的模拟量输入隔离电路，所述隔离电路包括波形发生电路，普通光耦作用电气隔离电路，一阶RC低通滤波电路以及稳压电路，实现了信号采集端和信号源端的电气隔离；但由于光耦的开关速度较慢，对驱动脉冲的前后沿会产生较大延时，精度难以保证，只适合于线性度要求不高的场合。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，模拟量输出精确高，适应于起重机运行的全环境。

为实现上述目的，本实用新型采样如下技术方案：

一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，包括信号调理电路、隔离放大电路、增益放大电路和输出采样电路；所述信号调理电路包括电压跟随电路和分压电路；所述信号调理电路、所述隔离放大电路、所述增益放大电路、所述输出采样电路依次连接；所述信号调理电路的输入端与控制器CPU输出端相连；所述输出采样电路的输出端与应用设备的输入端相连。

优选的，所述电压跟随电路包括零漂移运算放大器U1；所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连，接收DAC信号，零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连，零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连，零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源系统地GND相连。

优选的，所述分压电路包括电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3和电容CA1；所述电压跟随电路中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源系统地GND相连，所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端，所述电容CA1的另一端连接隔离前电源系统地GND。

优选的，所述隔离放大电路包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、电阻RA4、电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5；所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路中电阻RA3和电容CA1间节点相连；所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源系统地GND；所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连；所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚，另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚；所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC；所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND；所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连，所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连；所述电容CA3、电容CA4并联，一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连，另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连。

优选的，所述电阻R0为0欧电阻。

优选的，所述增益放大电路包括双通道放大器U3、电阻RA6、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11、电容CA6、电阻CA7；所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连，3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路中电阻RA4相连；所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路中电阻RA5相连，4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连；所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连，2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连；所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连，8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连；所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连。

优选的，所述输出采样电路包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1；所述三极管Q1的基极与所述增益放大电路中双通道放大器U3的5脚相连；所述三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连，发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路中电阻RA11相连；所述三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连，所述连接器P1的输出端与应用设备的输入端相连，输出DAC信号。

优选的，所述三极管Q1为NPN型三极管。

优选的，所述信号调理电路、所述隔离放大电路、所述增益放大电路中的电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3、电阻RA4、电阻RA5、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11为1%精度电阻。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：采用全差动隔离放大器，可有效实现输出端和输入端间模拟信号的隔离，提高复杂环境下系统的抗干扰能力，保证信号传输的完整性和准确性；采用1%精度电阻，进一步提高了模拟信号的传输精度；通过NPN三极管控制模拟信号的输出，可以调整输出模拟信号的范围，提高电路的带负载能力；本实用新型结构简单、性能稳定，线性度高，最高隔离电压可达7KV，完全能够避免起重机运行环境受到外界电磁干扰影响，保证了模拟量信号的稳定输出，从而能可靠地驱动负载。

附图说明

图1为本实用新型模拟量输出隔离电路结构示意图；

图2为本实用新型模拟量输出隔离电路原理图。

图中：1、信号调理电路；2、隔离放大电路；3、增益放大电路；4、输出采样电路；5、电压跟随电路；6、分压电路。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进，本实用新型并不局限于下面的实施例。

如图1所示，本实用新型所述模拟量输出隔离电路包括信号调理电路1、隔离放大电路2、增益放大电路3和输出采样电路4；所述信号调理电路包括电压跟随电路5和分压电路6；所述信号调理电路1、所述隔离放大电路2、所述增益放大电路3、所述输出采样电路4依次连接；所述信号调理电路1的输入端与控制器CPU输出端相连；所述输出采样电路4的输出端与应用设备的输入端相连。

如图2所示，所述电压跟随电路5包括零漂移运算放大器U1；所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连，接收DAC信号；零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连，零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连，零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源系统地GND相连，所述电压跟随电路5主要对后级电路起到隔离、缓冲作用。

所述分压电路6包括1%精度电阻RA1、1%精度电阻RA2、1%精度电阻RA3和电容CA1；所述电压跟随电路5中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源系统地GND相连，电阻RA1和电阻RA2构成功耗、精密的1%分压电路，为后级的全差动隔离放大器U2提供了合适的驱动电压；所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端，所述电容CA1的另一端连接隔离前电源系统地GND，电阻RA3和电容CA1构成RC滤波电路，可以滤除输入端的高频信号。

所述隔离放大电路2包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、1%精度电阻RA4、1%精度电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5；所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路6中电阻RA3和电容CA1间节点相连，用于接收上级电路的输出信号；所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源系统地GND；所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连，电阻R0为0欧电阻，其作用是可以选择隔离放大电路2是否接入使用以及检测电路；所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚，另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚；所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC；所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND；所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连，所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连；所述电容CA3、电容CA4并联，一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连，另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连；隔离放大电路2用于实现模拟信号输入端和输出端之间的隔离，模拟信号进入隔离放大电路2后，经全差动隔离放大器U2的6脚和7脚后通过1%精度RA4、RA5输出一对差分信号，高精度电阻的使用保证了差分信号的输出精度，该差分信号随输入端DAC信号的变化而变化。

所述增益放大电路3包括双通道放大器U3、电阻RA6、1%精度电阻RA7、1%精度电阻RA8、1%精度电阻RA9、1%精度电阻RA11、电容CA6、电阻CA7；所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连，用于接收上级输出信号，3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路2中电阻RA4相连；所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路2中电阻RA5相连，用于接收上级输出信号，4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连；所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连，2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连；所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连，8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连；所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连；隔离放大电路2输出的差分信号通过增益放大电路3进行比例放大，由双通道放大器U3的5脚输出给驱动三极管Q1，以驱动其工作。

所述输出采样电路4包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1，所述三极管Q1为NPN型；三极管Q1的基极与所述增益放大电路3中双通道放大器U3的5脚相连，接收上级输出信号；三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连，发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路3中电阻RA11相连，调整电阻RA12的大小，可改变模拟信号的输出值；三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连，调整电源VCC的大小也可调整模拟信号的输出范围，提高电路的带负载能力；所述连接器P1与应用设备的输入端相连，输出DAC信号。

实施本实用新型所述电路时，控制器CPU输出的DAC信号，首先从零漂移运算放大器U1的正向输入端进入信号调理电路1，经过分压、滤波后，得到匹配全差动隔离放大器U2的精确驱动信号；驱动信号从全差动隔离放大器U2的正向输入端进入隔离放大电路2，对模拟信号进行隔离，输出一对差分信号；差分信号从双通道放大器U3的正、反向输入端进入增益放大电路3；差分信号经过两级放大后，从三极管Q1基极进入输出采样电路4，最终通过调节连接到三极管Q1发射极的采样电阻RA12，可以从连接器P1输出理想状态的模拟量信号。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：包括信号调理电路（1）、隔离放大电路（2）、增益放大电路（3）和输出采样电路（4）；所述信号调理电路包括电压跟随电路（5）和分压电路（6）；所述信号调理电路（1）、所述隔离放大电路（2）、所述增益放大电路（3）、所述输出采样电路（4）依次连接；所述信号调理电路（1）的输入端与控制器CPU输出端相连；所述输出采样电路（4）的输出端与应用设备的输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述电压跟随电路（5）包括零漂移运算放大器U1；所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连，接收DAC信号，零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连，零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连，零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源系统地GND相连。

3.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述分压电路（6）包括电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3和电容CA1；所述电压跟随电路（5）中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源系统地GND相连，所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端，所述电容CA1的另一端连接隔离前电源系统地GND。

4.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述隔离放大电路（2）包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、电阻RA4、电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5；所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路（6）中电阻RA3和电容CA1间节点相连；所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源系统地GND；所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连；所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚，另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚；所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC；所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND；所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连，所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连；所述电容CA3、电容CA4并联，一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连，另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连。

5.如权利要求4所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述电阻R0为0欧电阻。

6.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述增益放大电路（3）包括双通道放大器U3、电阻RA6、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11、电容CA6、电阻CA7；所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连，3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路（2）中电阻RA4相连；所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路（2）中电阻RA5相连，4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连；所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连，2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连；所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连，8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连；所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连；所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连。

7.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述输出采样电路（4）包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1；所述三极管Q1的基极与所述增益放大电路（3）中双通道放大器U3的5脚相连；所述三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连，发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路（3）中电阻RA11相连；所述三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连，所述连接器P1的输出端与应用设备的输入端相连，输出DAC信号。

8.如权利要求7所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述三极管Q1为NPN型三极管。

9.如权利要求1所述的一种起重机控制系统模拟量输出隔离电路，其特征是：所述信号调理电路（1）、所述隔离放大电路（2）、所述增益放大电路（3）中的电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3、电阻RA4、电阻RA5、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11为1%精度电阻。