CN213754332U - 模拟信号隔离传输电路、驱动控制系统及电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种模拟信号隔离传输电路、驱动控制系统及电器，所述模拟信号隔离传输电路，包括输出模拟信号的初级电路、和用于接收所述模拟信号的次级电路，还包括设于所述初级电路和所述次级电路中的无线传输模块，所述模拟信号通过所述无线传输模块从所述初级电路传输给所述次级电路。与现有技术相比，本实用新型通过线圈传输的方式，实现了模拟信号的隔离传输，可靠性更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电器领域，特别是一种模拟信号隔离传输电路、驱动控制系统及电器。
背景技术
在驱动控制系统和数据采集系统中，数字信号的隔离是比较常见的，已经有成熟的技术应用。通常采用光耦合方式；或是使用光电隔离器,或使用光导纤维。实际应用中更多涉及交/直流、电压、电流等不同类型模拟信号地传输，要保证信号隔离前后的线性关系，模拟信号隔离要比数字信号隔离困难得多。
常用的模拟信号隔离方法主要有：隔离变压器法和光耦合法。前者隔离放大器一般价格昂贵，体积较大，对于直流信号传输有限制。采用线性光耦，适当地调整它的偏置电流，就可得到一定程度的线性放大。但这种方法并不实用，它的线性区很小，精度也极低，通用性不足。
因此，如何设计一种模拟信号隔离传输电路、驱动控制系统及电器，能够有效实现模拟信号的隔离传输，且具有较高的可靠性，是业界亟待解决的技术问题。
实用新型内容
针对现有技术中，模拟信号隔离传输存在线性区很小，精度低通用性不足等问题，本实用新型提出了一种模拟信号隔离传输电路、驱动控制系统及电器。
本实用新型的技术方案为，提出了一种模拟信号隔离传输电路，包括输出模拟信号的初级电路、和用于接收所述模拟信号的次级电路，还包括设于所述初级电路和所述次级电路中的无线传输模块，所述模拟信号通过所述无线传输模块从所述初级电路传输给所述次级电路。
进一步，所述无线传输模块为感应线圈，所述感应线圈包括：设于所述初级电路中的初级线圈、以及设于所述次级电路中的次级线圈，所述初级线圈通过电磁感应将所述模拟信号传输给所述次级线圈。
进一步，所述初级电路包括：
直流电源模块，其用于给所述初级电路提供直流信号输入；
逆变模块，其用于将所述直流信号转换为交流信号；
初级滤波模块，其用于给所述交流信号滤波并将滤波后的信号传输给所述初级线圈。
进一步，所述逆变模块包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4，所述开关管S2第一端连接所述直流电源模块的输出端、第二端连接所述开关管S4的第一端、开关管S4的第二端连接所述直流电源模块的输入端，所述开关管S1第一端连接在所述直流电源的输出端和所述开关管S2的第一端之间、另一端连接所述开关管S3的第一端，所述开关管S3的第二端连接在所述开关管S4的第二端和所述直流电源的输入端之间；
所述初级线圈一端连接在所述开关管S1的第二端而所述开关管S3的第一端之间，另一端连接在所述开关管S2的第二端和所述开关管S4的第一端之间。
进一步，所述初级电路包括：
交流电源模块，其用于给所述初级电路提供交流信号输入；
初级滤波模块，其用于给所述交流信号滤波并将滤波后的信号传输给所述初级线圈。
进一步，还包括设于所述初级电路中的功率放大电路。
进一步，所述次级电路包括：
次级滤波模块，其用于对所述次级线圈感应的模拟信号滤波；
整流模块，其接收所述滤波后的模拟信号并将其转换为直流信号。
进一步，所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，所述二极管D1的正极连接所述二极管D3的负极，所述二极管D1的负极连接所述二极管D2的负极，所述二极管D2的正极连接所述二极管D4的负极，所述二极管D3的正极连接所述二极管D4的正极；
所述次级线圈一端连接在所述二极管D1的正极和所述二极管D3的负极之间，另一端连接在所述二极管D2的正极和所述二极管D4的负极之间。
本实用新型还提出了一种驱动控制系统，所述驱动控制系统采用上述模拟信号隔离传输电路。
进一步，本实用新型还提出了一种电器，所述电器采用上述驱动控制系统。
与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：
1、通过感应线圈实现模拟信号的隔离传输，不需要物理连接，设计简单，可靠性高。
2、相比于现有技术中采用隔离变压器法和光耦合法，通过感应线圈实现隔离传输大大降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型模拟信号隔离传输系统框图；
图2为本实用新型一实施例模拟信号隔离传输原理框图；
图3为本实用新型另一实施例模拟信号隔离传输电路结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。
本实用新型提出了一种模拟信号隔离传输电路，其包括输出模拟信号的初级电路和接收模拟信号的次级电路，以及设于初级电路和次级电路中的无线传输模块，其模拟信号通过无线传输模块从初级电路传输至次级电路。其中，无线传输模块为感应线圈，其包括设于初级电路中的初级线圈和设于次级电路中的次级线圈，初级线圈接收到初级电路中的模拟信号，并通过电磁感应传输给次级线圈，次级线圈接收到该模拟信号后传输给次级电路，从而实现了模拟信号的隔离传输。
请参见图1为本实用新型模拟信号隔离传输系统框图，其中实线表示直接连接，虚线表示隔离连接，具体的，本实用新型的电源模块连接到交流电或直流电，其电源模块接收到的直流信号或交流信号经过能量发送和能量接收后传输到次级电路，在次级电路经过能量转换为负载供电使用等。其中，其能量发送和能量接收通过感应线圈实现，根据图中可以看出，其能量发送和能量线圈之间连接为虚线，代表其隔离连接。
请参考图2，具体的，在本实用新型的一个实施例中，其电源模块为直流电源模块，其连接有直流信号输入，与之对应的，其传输电路中还包括逆变模块，逆变模块用于将直流信号转换为交流信号。这里需要说明的是，因为线圈的特性是通交流阻直流，故这里需要设置一个逆变模块将直流电转换为交流电，从而传输给初级线圈。在逆变模块和感应线圈之间还设有初级滤波模块，初级滤波模块用于对逆变模块转换的交流信号进行滤波，并将滤波后的信号传输给初级线圈。
请参考图3为该实施例模拟信号隔离传输电路的结构图，其包括直流电源模块、逆变模块和初级滤波模块，其逆变模块包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4，开关管S2的第一端连接直流电源模块的输出端、第二端连接开关管S4的第一端、开关管S4的第二端连接直流电源模块的输入端，开关管S1的第一端连接在直流电源的输出端和开关管S2的第一端之间、另一端连接开关管S3的第一端，开关管S3的第二端连接在开关管S4的第二端和直流电源的输入端之间；初级线圈一端连接在开关管S1的第二端和开关管S3的第一端之间，另一端连接在开关管S2的第二端和开关管S4的第一端之间。
将逆变模块输出电压计为V0（图中节点a，b之间电压），当开关管S1、和开关管S4导通而开关管S2、和开关管S3断开时，其输出电压V0=Vin,当开关管S2、开关管S3导通而开关管S1和开关管S4断开时，其输出电压V0=-Vin，于是各个开关管以一定频率f轮番通断时，其输出电压V0会变为交变的信号。其开关管的开通和关断通过DSP、ARM等控制芯片实现控制。初级滤波模块为电容Cp，其一端连接在开关管S1的第二端和开关管S3的第一端之间，另一端连接初级线圈。
在本发明一优选实施例中，其初级电路还设有功率放大模块，其连接在逆变模块和初级滤波模块之间，其可以用于对逆变模块转换后的交流信号进行放大或稳压作用。
以上逆变电路还可通过有源晶振作为振荡器输出方波，经过初级滤波电路滤除高次谐波，得到稳定的正弦波输出，经功率放大模块后输出至次级线圈为接收部分提供能量。
在本发明的又一实施例中，其电源模块为交流电源模块，其连接有交流信号输入，由于其输入信号已经为交流信号，可以直接传输给初级线圈，故在该实施例下，其初级电路并未设置逆变模块，此时，初级电路包括：交流电源模块，和初级滤波模块，其交流电源模块用于给初级电路提供交流信号输入，初级滤波模块用于对该交流信号进行滤波并传输给次级线圈。
优选的，在交流电源模块和初级滤波模块之间还设有功率放大模块，其用于对交流电源模块输出的交流信号进行放大或稳压。
次级电路包括依次连接的次级滤波模块和整流模块，次级滤波模块用于对次级线圈接收到的模拟信号进行滤波处理，整流模块用于将次级线圈感应的交流信号转换成直流信号。
具体的，整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，二极管D1的正极连接二极管D3的负极，二极管D1的负极连接二极管D2的负极，二极管D2的正极连接二极管D4的负极，二极管D3的正极连接二极管D4的正极；次级线圈一端连接在二极管D1的正极和二极管D3的负极之间，另一端连接在二极管D2的正极和二极管D4的负极之间。
这里，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成一个整流桥，其作用为将交流信号转换为直流信号，以供负载使用。需要说明的是，由于初级线圈接收到的信号为交流信号，故其次级线圈通过电磁感应获得的感应信号也为交流信号，而负载使用时往往需要直流信号，故这里设置整流桥用于将交流信号转换为直流信号以供负载使用。
本实用新型的具体工作原理为：当输入信号为直流信号时，其通过直流电源模块输入后，再经过逆变模块将直流信号转换为交流信号，初级滤波模块将交流信号进行滤波后传输到初级线圈，初级线圈通过电磁感应将该交流信号传递给次级线圈，经过次级滤波模块滤波后传输给整流模块，整流模块将交流信号转换为直流信号供负载使用。当输入信号为交流信号时，该情况下不需要设置逆变模块，其通过交流电源模块输入后，经初级滤波模块滤波后传输给初级线圈，初级线圈通过电磁感应传输给次级线圈，次级滤波模块将次级线圈接收到的交流信号滤波后传输给整流模块，整流模块将交流信号转换为直流信号并供负载使用。其中，在整流模块与滤波模块之间或交流电源模块和滤波模块之间还可以根据实际需要设有功率放大模块。
本实用新型还提出了一种驱动控制系统，其采用上述模拟信号隔离传输电路。
进一步，本实用新型还提出了一种电器，其采用上述驱动控制系统。
与现有技术相比，本实用新型通过感应线圈实现模拟信号的隔离传输，使两端模拟信号可以有效的实现无线式隔离，并且，对于交/直流的电压、电流、频率等多种形式以及宽范围模拟信号均可以通过该方式实现，具有强隔离优势。本实用新型可解决常见方案从传感器经运算放大器的模拟信号与单片机应用系统接地隔离问题；以及解决多种形式宽范围模拟信号地传输通用性不足问题，通用性强。可适用于隔离式电源、各种模拟信号采集与转换等电子电路场合。
以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。
Claims (10)
1.模拟信号隔离传输电路，包括输出模拟信号的初级电路、和用于接收所述模拟信号的次级电路，其特征在于，还包括设于所述初级电路和所述次级电路中的无线传输模块，所述模拟信号通过所述无线传输模块从所述初级电路传输给所述次级电路。
2.根据权利要求1所述的传输电路，其特征在于，所述无线传输模块为感应线圈，所述感应线圈包括：设于所述初级电路中的初级线圈、以及设于所述次级电路中的次级线圈，所述初级线圈通过电磁感应将所述模拟信号传输给所述次级线圈。
3.根据权利要求2所述的传输电路，其特征在于，所述初级电路包括：
直流电源模块，其用于给所述初级电路提供直流信号输入；
逆变模块，其用于将所述直流信号转换为交流信号；
初级滤波模块，其用于给所述交流信号滤波并将滤波后的信号传输给所述初级线圈。
4.根据权利要求3所述的传输电路，其特征在于，所述逆变模块包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4，所述开关管S2第一端连接所述直流电源模块的输出端、第二端连接所述开关管S4的第一端、开关管S4的第二端连接所述直流电源模块的输入端，所述开关管S1第一端连接在所述直流电源的输出端和所述开关管S2的第一端之间、另一端连接所述开关管S3的第一端，所述开关管S3的第二端连接在所述开关管S4的第二端和所述直流电源的输入端之间；
所述初级线圈一端连接在所述开关管S1的第二端和所述开关管S3的第一端之间，另一端连接在所述开关管S2的第二端和所述开关管S4的第一端之间。
5.根据权利要求2所述的传输电路，其特征在于，所述初级电路包括：
交流电源模块，其用于给所述初级电路提供交流信号输入；
初级滤波模块，其用于给所述交流信号滤波并将滤波后的信号传输给所述初级线圈。
6.根据权利要求1所述的传输电路，其特征在于，还包括设于所述初级电路中的功率放大电路。
7.根据权利要求2所述的传输电路，其特征在于，所述次级电路包括：
次级滤波模块，其用于对所述次级线圈感应的模拟信号滤波；
整流模块，其接收所述滤波后的模拟信号并将其转换为直流信号。
8.根据权利要求7所述的传输电路，其特征在于，所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，所述二极管D1的正极连接所述二极管D3的负极，所述二极管D1的负极连接所述二极管D2的负极，所述二极管D2的正极连接所述二极管D4的负极，所述二极管D3的正极连接所述二极管D4的正极；
所述次级线圈一端连接在所述二极管D1的正极和所述二极管D3的负极之间，另一端连接在所述二极管D2的正极和所述二极管D4的负极之间。
9.驱动控制系统，其特征在于，所述驱动控制系统采用如权利要求1至8任意一项权利要求所述的模拟信号隔离传输电路。
10.电器，其特征在于，所述电器采用如权利要求9所述的驱动控制系统。
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