CN216531086U - 一种可编程模拟量变送有源pwm大功率隔离放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，包括壳体，壳体的一侧安装有一侧卡接于盖板，盖板的一侧分别安装有开关按钮、调节旋钮、显示屏与模拟信号输入插孔，在电路板模块内部集成的高效率DC‑DC隔离分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电，采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为大功率有源PWM功率输出方式，MOS管输出可控制大功率负载，产品使用方便用户只需通过串口通讯就可修改PWM输出频率，SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的3000VDC隔离。

Description

一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器

技术领域

本实用新型属于工业自动化设备功率控制相关技术领域，具体涉及一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器。

背景技术

随着科学技术的发展，医疗仪器、机床调控、电机调速、照明调光等精密控制需求，在轨道交通、工控智能、机器人、电动汽车、舰船驱动、自动化设备、数控机床、节能环保工程、公路隧道城市灯光照明节能调控等控制设备要求也越来越多。其对远程设备控制模块的控制精度，抗干扰能力，安全可靠性，智能化程度，等都有比较高的要求。在工业自动化人工智能等功率控制领域，PWM功率控制起着越来越重要的作用。

现有的技术存在以下问题：市场上旧有产品主要有输出电压幅值固定的小功率有源PWM功率控制输出方式，且输出PWM频率无法设置，多为固定频率输出。这些产品虽然可以满足部分工业设备功率控制要求，但是也存在一些局限性，对一些用户有需要设置输出PWM频率和电压幅值，或者需要控制的负载比较大，需要功率输出时则不适用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，放大器将传感器、仪器仪表、变送器输出4-20mA/0-20mA/0-5V/0-10V 等模拟信号隔离转换为有源PWM脉冲调宽功率放大控制信号，并实现PWM频率可编程输出以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，包括壳体，所述壳体的一侧安装有一侧卡接于盖板，所述盖板的一侧分别安装有开关按钮、调节旋钮、显示屏与模拟信号输入插孔，所述壳体的内部设置有电路板模块，所述电路板模块分别与所述开关按钮、所述调节旋钮、所述显示屏、所述模拟信号输入插孔之间电性连接。

优选的，所述电路板模块其电路包括第一DC分布电源、第二DC分布电源、隔离电源电路、输入电路、信号调理电路、滤波电路、可编程MCU电路、通讯电路、隔离抗干扰抑制电路与有源功率放大输出电路，所述有源功率放大输出电路分别与所述隔离抗干扰抑制电路、所述第二DC分布电源之间电性连接，所述隔离抗干扰抑制电路与所述通讯电路分别与所述MCU电路之间电性连接，所述述MCU电路与所述滤波电路之间电性连接，所述滤波电路与所述信号调理电路之间电性连接，所述信号调理电路与所述输入电路之间电性连接，所述输入电路与所述，所述第一DC分布电源与所述第二DC分布电源分别与所述隔离电源电路之间电性连接。

优选的，所述壳体的一侧分别设置有电源插孔、TX通讯端口、RX通讯端口、GND通讯端口与PWM信号输出插孔，所述PWM信号输出插孔、所述GND通讯端口、所述RX通讯端口、所述TX通讯端口、所述电源插孔分别与所述电路板模块之间电性连接。

优选的，所述电路板模块为一组多路高隔离DC-DC电源、模拟信号隔离放大与变换电路、可编程MCU、信号隔离控制电路，适用于工业现场模拟信号的AD转换隔离变送和功率放大控制。

优选的，所述第一DC分布电源与第二DC分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型技术在电路板模块内部集成的高效率DC-DC隔离分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电，采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为大功率有源PWM功率输出方式，MOS管输出可控制大功率负载，产品使用方便用户只需通过串口通讯就可任意修改PWM输出频率， PWM脉宽信号输出电压幅值由外部供电电压决定，SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的3000VDC隔离。

附图说明

图1实用新型的第一种立体结构图；

图2实用新型的侧视立体；

图3实用新型模块整体原理框图；

图4实用新型模块输入信号隔离变换部分电路原理图；

图5本实用新型的MCU信号处理电路原理图；

图6本实用新型的通讯电路原理图；

图中：1、壳体；2、盖板；3、开关按钮；4、调节旋钮；5、显示屏；6、模拟信号输入插孔；7、电路板模块；8、电源插孔；9、TX通讯端口；10、RX 通讯端口；11、GND通讯端口；12、PWM信号输出插孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种可编程模拟量变送有源包括壳体1，壳体1的一侧安装有一侧卡接于盖板2，盖板2的一侧分别安装有，开关按钮 3、调节旋钮4、显示屏5与模拟信号输入插孔6，壳体1的内部设置有电路板模块7，电路板模块7分别与开关按钮3、调节旋钮4、显示屏5、模拟信号输入插孔6之间电性连接，通过模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的 3000VDC隔离，并且能满足工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣工作环境要求，电源采用推挽式自激开关电源，有防反接保护功能，内部含基准电压源。整个模块具有可编程灵活多变，控制精度高，功耗小，效率高的优点。

具体的，电路板模块7其电路包括第一DC分布电源、第二DC分布电源、隔离电源电路、输入电路、信号调理电路、滤波电路、可编程MCU电路、通讯电路、隔离抗干扰抑制电路与有源功率放大输出电路，有源功率放大输出电路分别与隔离抗干扰抑制电路、第二DC分布电源之间电性连接，隔离抗干扰抑制电路与通讯电路分别与MCU电路之间电性连接，述MCU电路与滤波电路之间电性连接，滤波电路与信号调理电路之间电性连接，信号调理电路与输入电路之间电性连接，输入电路与，第一DC分布电源与第二DC分布电源分别与隔离电源电路之间电性连接，SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的3000VDC隔离，并且能满足工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣工作环境要求。

具体的，壳体1的一侧分别设置有电源插孔8、TX通讯端口9、RX通讯端口10、GND通讯端口11与PWM信号输出插孔12，PWM信号输出插孔12、GND 通讯端口11、RX通讯端口10、TX通讯端口9、电源插孔8分别与电路板模块 7之间电性连接，通过TX通讯端口9、RX通讯端口10、GND通讯端口11就可任意修改PWM输出频率，PWM脉宽信号输出电压幅值由外部上拉电压决定。

具体的，电路板模块7为一组多路高隔离DC-DC电源、模拟信号隔离放大与变换电路、可编程MCU、信号隔离控制电路，适用于工业现场模拟信号的 AD转换隔离变送和功率放大控制。

具体的，第一DC分布电源与第二DC分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电，采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为漏极开路OD门无源PWM功率输出方式，主要用在负载本身接收端口为有源接收口，接收口内部配有上拉电压及限流电阻，要求接入变送器电流为吸入模式的控制场合，MOS管漏极开路可接入控制大功率有源负载，PWM脉宽信号输出电压幅值由外部上拉电压决定。

PWM大功率隔离放大器技术方案：为了使本实用新型模块技术方案及优点更加清楚明白，以下结合原理框图作

一步说明。

输入采样电路可对输入电流/电压信号进行调制解调，分压电路对输入电压信号进行分压，滤波电路进行信号滤波，信号调理电路可对输入的信号进行零点偏置调节及正负信号转换为单极性信号高精度调理转换，满足MCU采集需求。

主要IC:OP07/SOP8、LM258。

MCU电路对输入模拟信号进行高精度AD转换及频率设置等各种可编程操作。

主要IC:STM32F103R

隔离变压器实现电源电气隔离。

供电隔离电源具有防输入电源极性接反保护电路，基准电压源电路，保证产品良好的稳定性和可靠性。主要IC:TL431/SOT-23，BAV70/SOT-23。

通讯电路可通过串口与单片机通讯完成程序修改可编程应用。

主要IC：SP3220E

隔离电路对频率信号进行隔离。

主要IC：SI8422/SOP8

输出电路对有源PWM信号进行电流吸入模式功率放大输出。

主要MOS：BEF640

采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为大功率有源PWM功率输出方式。主要用在负载为加热线圈或者电阻等有源器件场合。MOS管输出可控制大功率负载。本实用新型可实现模拟信号输入端/PWM输出端和辅助电源3000VD两隔离。大大提高了产品的使用灵活性和抗干扰能力。

本实用新型的工作原理及使用流程：本实用新型安装好过后，在电路板模块内部集成的高效率DC-DC隔离分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电。采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为大功率有源PWM功率输出方式。MOS管输出可控制大功率负载，产品使用方便用户只需通过串口通讯就可任意修改PWM输出频率，PWM脉宽信号输出电压幅值由外部供电电压决定，SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的3000VDC隔离，第一DC分布电源与第二DC分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电，采用可编程微型单片机控制及高精度AD转换，PWM 频率可通过串口与单片机通讯修改，输出电路设计为漏极开路OD门无源PWM 功率输出方式，主要用在负载本身接收端口为有源接收口，接收口内部配有上拉电压及限流电阻，要求接入变送器电流为吸入模式的控制场合，MOS管漏极开路可接入控制大功率有源负载，PWM脉宽信号输出电压幅值由外部上拉电压决定；

有源功率放大输出电路分别与隔离抗干扰抑制电路、第二DC分布电源之间电性连接，隔离抗干扰抑制电路与通讯电路分别与MCU电路之间电性连接，述MCU电路与滤波电路之间电性连接，滤波电路与信号调理电路之间电性连接，信号调理电路与输入电路之间电性连接，输入电路与，第一DC分布电源与第二DC分布电源分别与隔离电源电路之间电性连接，SMD工艺结构及新技术隔离措施使该器件能达到：模拟信号输入与辅助电源、PWM信号输出的3000VDC隔离，并且能满足工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣工作环境要求。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)的一侧安装有一侧卡接于盖板(2)，所述盖板(2)的一侧分别安装有开关按钮(3)、调节旋钮(4)、显示屏(5)与模拟信号输入插孔(6)，所述壳体(1)的内部设置有电路板模块(7)，所述电路板模块(7)分别与所述开关按钮(3)、所述调节旋钮(4)、所述显示屏(5)、所述模拟信号输入插孔(6)之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，其特征在于：所述电路板模块(7)其电路包括第一DC分布电源、第二DC分布电源、隔离电源电路、输入电路、信号调理电路、滤波电路、可编程MCU电路、通讯电路、隔离抗干扰抑制电路与有源功率放大输出电路，所述有源功率放大输出电路分别与所述隔离抗干扰抑制电路、所述第二DC分布电源之间电性连接，所述隔离抗干扰抑制电路与所述通讯电路分别与所述MCU电路之间电性连接，所述述MCU电路与所述滤波电路之间电性连接，所述滤波电路与所述信号调理电路之间电性连接，所述信号调理电路与所述输入电路之间电性连接，所述输入电路与所述，所述第一DC分布电源与所述第二DC分布电源分别与所述隔离电源电路之间电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，其特征在于：所述壳体(1)的一侧分别设置有电源插孔(8)、TX通讯端口(9)、RX通讯端口(10)、GND通讯端口(11)与PWM信号输出插孔(12)，所述PWM信号输出插孔(12)、所述GND通讯端口(11)、所述RX通讯端口(10)、所述TX通讯端口(9)、所述电源插孔(8)分别与所述电路板模块(7)之间电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，其特征在于：所述电路板模块(7)为一组多路高隔离DC-DC电源、模拟信号隔离放大与变换电路、可编程MCU、信号隔离控制电路，适用于工业现场模拟信号的AD转换隔离变送和功率放大控制。

5.根据权利要求2所述的一种可编程模拟量变送有源PWM大功率隔离放大器，其特征在于：所述第一DC分布电源与第二DC分布电源，分别给内部的输入调理电路、微型单片机AD转换电路和输出信号隔离电路供电。

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