CN212846534U - 可变信号的电压/电流输出电路及定风量采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可变信号的电压/电流输出电路及定风量采集器，所述电路包括：第一隔离控制单元，输入端用于接收脉冲信号，输出开关的第一端用于连接电源；转换电路，与输出开关的第二端连接，用于将电源通过输出开关输出的电信号进行电信号转换；第二隔离控制单元，输入端用于接收电压电流输出切换信号；输出电路，包括选择开关、第一支路、第二支路及输出端口，选择开关用于在第二隔离控制单元的输出开关导通时将输出端口接入第一支路，还用于在第二隔离控制单元的输出开关关断时将输出端口接入第二支路。本实用新型可以通过一个输出端口输出电压/电流信号，并实现输入/输出设备的隔离，有效改善相互干扰。

Description

可变信号的电压/电流输出电路及定风量采集器

技术领域

本实用新型涉及模拟电路，特别是涉及一种可变信号的电压/电流输出电路，还涉及一种定风量采集器。

背景技术

目前模拟量信号4-20mA和0～10V的输出设计电路一般采用DAC(数模转换芯片)与4-20mA转换芯片方案设计，另外4-20mA信号和0～10V信号分别采用独立端口输出。

然而，采取独立的DAC设计成本较高，DAC设计调试时间长；电压/电流信号采取独立端口输出，占用空间和端口资源，不利于集成。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种可变信号的电压/电流输出电路及定风量采集器。

一种可变信号的电压/电流输出电路，包括：第一隔离控制单元，所述第一隔离控制单元的输入端和输出开关之间呈电隔离，所述输入端用于接收脉冲信号，所述输出开关的第一端用于连接电源，所述输出开关用于在所述输入端接收到第一信号时导通、在所述输入端接收到第二信号时关断；所述第一信号和第二信号的其中之一为高电平信号、另一为低电平信号；转换电路，与所述输出开关的第二端连接，用于将所述电源通过所述输出开关输出的电信号进行电信号转换；第二隔离控制单元，所述第二隔离控制单元的输入端和输出开关之间呈电隔离，所述第二隔离控制单元的输入端用于接收电压电流输出切换信号，所述第二隔离控制单元的输出开关用于在所述第二隔离控制单元的输入端接收到第三信号时导通、在所述输入端接收到第四信号时关断；所述第三信号和第四信号的其中之一为高电平信号、另一为低电平信号；输出电路，包括选择开关、第一支路、第二支路及输出端口，所述输出端口与所述转换电路连接，所述选择开关与所述第一支路、第二支路、输出端口及第二隔离控制单元的输出开关连接；所述选择开关用于在所述第二隔离控制单元的输出开关导通时将所述输出端口接入所述第一支路，使所述输出端口输出第一输出信号，所述选择开关还用于在所述第二隔离控制单元的输出开关关断时将所述输出端口接入所述第二支路，使所述输出端口输出第二输出信号；所述第一输出信号和第二输出信号的其中之一为电流信号、另一为电压信号。

在其中一个实施例中，所述第一隔离控制单元和第二隔离控制单元均为光耦，所述第一隔离控制单元的输入端和第二隔离控制单元的输入端是发光器的输入端，所述第一隔离控制单元的输出开关和第二隔离控制单元的输出开关是受光器。

在其中一个实施例中，所述选择开关是单刀双掷开关。

在其中一个实施例中，所述单刀双掷开关的动端连接所述输出端口，所述单刀双掷开关的第一不动端连接所述第一支路，所述单刀双掷开关的第二不动端连接所述第二支路，所述单刀双掷开关的使能端连接所述第二隔离控制单元的输出开关；所述单刀双掷开关用于在所述使能端接收到高电平时连接所述动端和第一不动端，在所述使能端接收到低电平时连接所述动端和第二不动端；所述第一支路断路，所述第二支路包括分压电阻。

在其中一个实施例中，所述输出端口输出第一输出信号是输出4mA-20mA的电流信号，所述输出端口输出第二输出信号是输出0-10V的电压信号。

在其中一个实施例中，还包括与所述电源连接的基准电压电路，所述基准电压电路用于在基准电压电路的正极和负极之间形成基准电压，所述第一隔离控制单元的输出开关的第一端连接所述正极，所述第二隔离控制单元的输出开关的第一端连接所述正极，所述选择开关的电源端连接所述正极，所述选择开关的地端连接所述负极。

在其中一个实施例中，所述基准电压电路用于在基准电压电路的正极和负极之间形成直流5V的基准电压。

在其中一个实施例中，还包括5V稳压管，所述5V稳压管的阳极作为所述电源的正极并连接所述基准电压电路的正极，所述基准电压电路的负极作为所述电源的负极，所述5V稳压管的阴极用于连接24V直流电源。

在其中一个实施例中，所述转换电路包括反相器和运算放大器，所述输出电路包括开关管，所述反相器的输入端连接所述第一隔离控制单元的输出开关的第二端，所述反相器的输出端连接所述运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端，所述开关管的输入端连接所述电源的正极，所述开关管的输出端连接所述输出端口。

一种定风量采集器，包括处理器，还包括根据前述任一实施例所述的可变信号的电压/电流输出电路，所述处理器用于输出所述脉冲信号和所述电压电流输出切换信号，所述脉冲信号是脉冲宽度调制信号。

上述可变信号的电压/电流输出电路及定风量采集器，通过电压电流输出切换信号，可以将输出端口连接的支路在第一支路和第二支路之间切换，实现电流输出信号/电压输出信号的切换，从而通过一个输出端口输出电压/电流信号。并且，通过第一隔离控制单元和第二隔离控制单元能够实现输入/输出设备的隔离，有效改善相互干扰。通过调整脉冲信号的占空比，可以实现对电流输出信号/电压输出信号的大小的调整。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些实用新型的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的实用新型、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些实用新型的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1是一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路框图；

图2是另一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路框图；

图3是一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

应该理解的是，虽然本申请各实施例中的各个步骤并不是必然按照步骤标号指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

图1是一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路框图，包括第一隔离控制单元10、转换电路30、第二隔离控制单元40及输出电路50。

第一隔离控制单元10的输入端和输出开关之间呈电隔离。其中输入端用于接收脉冲信号，输出开关的第一端连接电源。在输入端接收到的脉冲信号为高电平时，输出开关导通；在输入端接收到的脉冲信号为低电平时，输出开关关断。在另一个实施例中，在输入端接收到的脉冲信号为低电平时，输出开关导通；在输入端接收到的脉冲信号为高电平时，输出开关关断。在一个实施例中，上述脉冲信号为脉冲宽度调制(PWM)信号。在一个实施例中，第一隔离控制单元10为光耦，第一隔离控制单元10的输入端是发光器的输入端，第一隔离控制单元10的输出开关是受光器。在其他实施例中，也可以用本领域习知的其他具有隔离控制功能的电子元器件组成第一隔离控制单元10，例如响应速度足够快的继电器。

转换电路30与第一隔离控制单元10的输出开关的第二端连接，用于将电源通过输出开关输出的电信号进行电信号转换。

第二隔离控制单元40的输入端和输出开关之间呈电隔离。其中输入端用于接收电压电流输出切换信号。在输入端接收到的电压电流输出切换信号为高电平时，输出开关导通；在输入端接收到的电压电流输出切换信号为低电平时，输出开关关断。在另一个实施例中，在输入端接收到的电压电流输出切换信号为低电平时，输出开关导通；在输入端接收到的电压电流输出切换信号为高电平时，输出开关关断。在一个实施例中，第二隔离控制单元40为光耦，第二隔离控制单元40的输入端是发光器的输入端，第二隔离控制单元40的输出开关是受光器。在其他实施例中，也可以用本领域习知的其他具有隔离控制功能的电子元器件组成第二隔离控制单元40，例如响应速度足够快的继电器。

输出电路50包括选择开关、第一支路、第二支路及输出端口。输出端口与转换电路30连接，选择开关与第一支路、第二支路、输出端口及第二隔离控制单元40的输出开关连接。选择开关用于在第二隔离控制单元40的输出开关导通时，将输出端口接入第一支路，此时输出端口输出第一输出信号；选择开关还用于在第二隔离控制单元40的输出开关关断时，将输出端口接入第二支路，使输出端口输出第二输出信号。第一输出信号和第二输出信号的其中之一为电流信号、另一为电压信号。在一个实施例中，第一输出信号是4mA-20mA的电流信号，第二输出信号是0-10V的电压信号。

上述可变信号的电压/电流输出电路，通过电压电流输出切换信号，可以将输出电路50的输出端口连接的支路在第一支路和第二支路之间切换，实现电流输出信号/电压输出信号的切换，从而通过同一个输出端口输出电压/电流信号，实现端口复用，便于远程控制。通过改变电压电流输出切换信号的电平高/低就能够实现电流输出信号/电压输出信号的切换(例如4-20mA与0～10V两种输出信号的切换)，切换非常便利。并且，通过第一隔离控制单元10和第二隔离控制单元40能够实现输入/输出设备的隔离，有效改善相互干扰。通过调整脉冲信号的占空比，可以实现对电流输出信号/电压输出信号的大小的调整。

在一个实施例中，提供给第一隔离控制单元10的脉冲信号和提供给第二隔离控制单元40电压电流输出切换信号可以由处理器(例如MCU)来提供。并且第一隔离控制单元10和第二隔离控制单元40实现了处理器与可变信号的电压/电流输出电路的相互隔离，尤其是处理器与转换电路30的相互隔离。

在一个实施例中，输出电路50的选择开关为单刀双掷开关。单刀双掷开关的动端连接输出端口，单刀双掷开关的第一不动端连接第一支路，单刀双掷开关的第二不动端连接第二支路，单刀双掷开关的使能端连接第二隔离控制单元40的输出开关。在使能端接收到高电平时，单刀双掷开关的动端与第一不动端连接；在使能端接收到低电平时，单刀双掷开关的动端与第二不动端连接。

在一个实施例中，输出电路50的第一支路断路，第二支路包括分压电阻。

图2是另一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路框图，其与图1所示实施例的主要区别在于还包括与电源连接的基准电压电路20。基准电压电路20用于在其正极和负极之间形成一基准电压，并提供给一部分电路模块。具体地，第一隔离控制单元10的输出开关的第一端连接基准电压电路20的正极，第二隔离控制单元10的输出开关的第二端连接基准电压电路20的负极；第二隔离控制单元40的输出开关的第一端连接基准电压电路20的正极，第二隔离控制单元40的输出开关的第二端连接基准电压电路20的负极；输出电路50的选择开关的电源端连接基准电压电路20的正极，选择开关的地端连接基准电压电路20的负极。在一个实施例中，基准电压为直流5V电压。

在一个实施例中，可变信号的电压/电流输出电路还包括5V稳压管。5V稳压管的阳极作为所述电源的正极并连接基准电压电路20的正极，基准电压电路20的负极作为电源的负极，5V稳压管的阴极用于连接24V直流电源。这样5V稳压管的阳极即得到19V的直流电。

在一个实施例中，转换电路30包括反相器和运算放大器，输出电路50包括开关管。反相器的输入端连接第一隔离控制单元10的输出开关的第二端，反相器的输出端连接运算放大器的第一输入端，运算放大器的输出端连接开关管的控制端，开关管的输入端连接19V电源的正极，开关管的输出端连接输出电路50的输出端口。

图3是一实施例中可变信号的电压/电流输出电路的电路原理图，包括第一隔离控制单元10、基准电压电路20、转换电路、第二隔离控制单元40及输出电路50。24V直流电源通过串联5V的稳压管D1、分压电阻R1、分压电阻R2，得到19V的直流电源。基准电压电路20包括一基准电压源芯片，即图3中的芯片U4，用于提供5V的基准电压。芯片U4的8脚接19V直流电源，作为19V直流电源的正极19VD，4脚作为基准电压的负极19VSS，并串联分压电阻R4和R5后接至公共地VSS。1、2、3、6、7无连接(图3中用NC表示并在引脚处打叉)。

第一隔离控制单元10包括一高速光耦，在图3所示的实施例中采用6N136芯片U1。芯片U1的3脚通过限流电阻R3连接MCU的PWM信号输出端，接收PWM信号，2脚接3.3V直流电，6脚和8脚连接19V直流电源的正极19VD，5脚连接转换电路并通过限流电阻R7接基准电压的负极19VSS，1脚和4脚无连接。

转换电路包括施密特触发反相器74HC14芯片和运算放大器芯片OP07C(即图3中的芯片U3)。74HC14芯片的两个反相器U2A和U2B并联，其输入端(1脚和3脚)均连接芯片U1的5脚，输出端(2脚和4脚)均串联一电阻(电阻R9和电阻R10)后连接至运算放大器的同相输入端(即芯片U3的3脚)。19V直流电源的正极19VD也通过两个并联的电容C4和C5连接至芯片U3的3脚。运算放大器的反相输入端(即芯片U3的2脚)串联电阻R8后接至直流电源的正极19VD，并且连接开关管Q3的源极(开关管Q3为PMOS管)。运算放大器的输出端(即芯片U3的6脚)连接输出电路50的开关管Q3的栅极。芯片U3的电源端VCC(即7脚)接24V直流电源，地端(即4脚)接公共地VSS，1、5、8脚无连接。开关管Q3的漏极连接输出电路50的输出端口JP6。

第二隔离控制单元40包括光耦G1，其1脚接3.3V直流电，2脚通过限流电阻R6连接MCU的电压电流输出切换信号输出端，接收电压电流输出切换信号VOUT，4脚通过限流电阻R12连接19V直流电源的正极19VD，3脚连接基准电压的负极19VSS。

输出电路50包括单刀双掷开关芯片，即图3中的芯片U5。芯片U5的使能端(即6脚)连接光耦G1的4脚，动端B(即芯片U5的4脚)连接输出端口JP6，第一不动端A1(即芯片U5的1脚)断路，第二不动端A2(即芯片U5的3脚)串联分压电阻R11后接至公共地VSS。芯片U5的电源端VCC(即5脚)连接19V直流电源的正极19VD，地端G(即2脚)接基准电压的负极19VSS。

图3所示的可变信号的电压/电流输出电路在MCU的电压电流输出切换信号VOUT为低电平时，光耦G1的发光器发光、受光器导通，芯片U5的使能端被拉低，芯片U5的1脚接至3脚，输出端口JP6输出的信号为分压电阻R11的电压。在MCU的电压电流输出切换信号VOUT为高电平时，光耦G1的受光器关断，芯片U5的使能端接收到高电平，芯片U5的1脚接至2脚，输出端口JP6输出的信号为开关管Q3的漏极电流。而MCU的PWM信号经光耦芯片U1、反相器及运放输出至开关管Q3，通过调整PWM信号的占空比可以控制开关管Q3在每个周期的导通时长，从而调整输出端口JP6输出的信号的电压/电流值。由于PWM信号的占空比可以精确控制，因此输出端口JP6输出的电流值或电压值也可以实现精确控制。在图3所示的实施例中，输出端口JP6输出4mA-20mA的电流信号，或者0-10V的电压信号。

本申请相应提供一种定风量采集器，包括前述任一实施例所述的可变信号的电压/电流输出电路，还包括用于输出前述脉冲信号和电压电流输出切换信号的处理器(例如MCU)。定风量采集器还可以包括电源，例如24V直流电源和3.3V直流电源。定风量采集器可以应用于空调设备中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，包括：

第一隔离控制单元，所述第一隔离控制单元的输入端和输出开关之间呈电隔离，所述输入端用于接收脉冲信号，所述输出开关的第一端用于连接电源，所述输出开关用于在所述输入端接收到第一信号时导通、在所述输入端接收到第二信号时关断；所述第一信号和第二信号的其中之一为高电平信号、另一为低电平信号；

转换电路，与所述输出开关的第二端连接，用于将所述电源通过所述输出开关输出的电信号进行电信号转换；

第二隔离控制单元，所述第二隔离控制单元的输入端和输出开关之间呈电隔离，所述第二隔离控制单元的输入端用于接收电压电流输出切换信号，所述第二隔离控制单元的输出开关用于在所述第二隔离控制单元的输入端接收到第三信号时导通、在所述输入端接收到第四信号时关断；所述第三信号和第四信号的其中之一为高电平信号、另一为低电平信号；

输出电路，包括选择开关、第一支路、第二支路及输出端口，所述输出端口与所述转换电路连接，所述选择开关与所述第一支路、第二支路、输出端口及第二隔离控制单元的输出开关连接；所述选择开关用于在所述第二隔离控制单元的输出开关导通时将所述输出端口接入所述第一支路，使所述输出端口输出第一输出信号，所述选择开关还用于在所述第二隔离控制单元的输出开关关断时将所述输出端口接入所述第二支路，使所述输出端口输出第二输出信号；所述第一输出信号和第二输出信号的其中之一为电流信号、另一为电压信号。

2.根据权利要求1所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述第一隔离控制单元和第二隔离控制单元均为光耦，所述第一隔离控制单元的输入端和第二隔离控制单元的输入端是发光器的输入端，所述第一隔离控制单元的输出开关和第二隔离控制单元的输出开关是受光器。

3.根据权利要求1所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述选择开关是单刀双掷开关。

4.根据权利要求3所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述单刀双掷开关的动端连接所述输出端口，所述单刀双掷开关的第一不动端连接所述第一支路，所述单刀双掷开关的第二不动端连接所述第二支路，所述单刀双掷开关的使能端连接所述第二隔离控制单元的输出开关；所述单刀双掷开关用于在所述使能端接收到高电平时连接所述动端和第一不动端，在所述使能端接收到低电平时连接所述动端和第二不动端；所述第一支路断路，所述第二支路包括分压电阻。

5.根据权利要求1所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述输出端口输出第一输出信号是输出4mA-20mA的电流信号，所述输出端口输出第二输出信号是输出0-10V的电压信号。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，还包括与所述电源连接的基准电压电路，所述基准电压电路用于在基准电压电路的正极和负极之间形成基准电压，所述第一隔离控制单元的输出开关的第一端连接所述正极，所述第二隔离控制单元的输出开关的第一端连接所述正极，所述选择开关的电源端连接所述正极，所述选择开关的地端连接所述负极。

7.根据权利要求6所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述基准电压电路用于在基准电压电路的正极和负极之间形成直流5V的基准电压。

8.根据权利要求7所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，还包括5V稳压管，所述5V稳压管的阳极作为所述电源的正极并连接所述基准电压电路的正极，所述基准电压电路的负极作为所述电源的负极，所述5V稳压管的阴极用于连接24V直流电源。

9.根据权利要求8所述的可变信号的电压/电流输出电路，其特征在于，所述转换电路包括反相器和运算放大器，所述输出电路包括开关管，所述反相器的输入端连接所述第一隔离控制单元的输出开关的第二端，所述反相器的输出端连接所述运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的输出端连接所述开关管的控制端，所述开关管的输入端连接所述电源的正极，所述开关管的输出端连接所述输出端口。

10.一种定风量采集器，包括处理器，其特征在于，还包括根据权利要求1-9中任一项所述的可变信号的电压/电流输出电路，所述处理器用于输出所述脉冲信号和所述电压电流输出切换信号，所述脉冲信号是脉冲宽度调制信号。

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