CN2796209Y - 一种具有防雷功能的信号调理器 - Google Patents

Abstract

一种信号调理器，采用在原有信号调理电路，尤其是在信号隔离电路的基础上，增加前置的防雷放电电路。实现防雷放电和信号调理双重功能，在防护设备免受雷电流和过电压破坏的同时，也增强了信号调理效果。所述防雷放电电路包括防雷放电模块和从模块中接出的接地端子。所述防雷放电模块为放电管、限流电阻和钳位二极管组成的π形电路。防雷放电模块对通过导线侵入的雷电流和浪涌冲击进行快速泄流，并实现线－线间电压或线－地间电压的钳位，在保护该信号调理器和后续设备的同时，也吸收了部分干扰信号。

Description

一种具有防雷功能的信号调理器

技术领域

本发明涉及工业过程自动化设备的保护，尤其是涉及一种信号调理装置。适用于现场标准信号调理及相关电子设备等。

背景技术

信号调理器是目前工业自动化领域应用非常普遍的接口模块，一般包括输入、信号处理、输出和电源四个部分，传统的信号调理器原理框图如图1所示，它通过对输入信号的滤波、隔离、放大等处理，获得需要的信号，从而达到对信号的调理。

传统的信号调理器的缺陷是：

1.对通过导线侵入的雷电流不具有防护作用，设备易遭受雷击破坏。

2.对大电流和过电压不具有消除或抑制功能，甚至造成器件损坏。

发明内容

为了弥补上述缺陷，本发明提供一种信号调理器，在信号调理的同时，将雷电流泄放掉，既增加了信号调理的效果，也达到对相关电子设备防雷保护和过电压保护的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：采用在原有信号调理电路的基础上，增加前置的防雷放电电路。所述防雷放电电路包括防雷放电模块和从模块中接出的接地端子。实现防雷放电和信号调理双重功能，在防护设备免受雷电流和过电压破坏的同时，也增强了信号调理效果。

所述防雷放电模块为放电管、限流电阻和钳位二极管组成的π形电路。防雷放电模块对通过导线侵入的雷电流和浪涌冲击进行快速泄流，并实现线-线间电压或线-地间电压的钳位，在保护该信号调理器和后续设备的同时，也吸收了部分干扰信号。

所述信号调理电路包括依次连接的输入模块、调理模块、输出模块和给前述模块供电的电源模块。输入、调理和输出模块完成信号的输入采样、滤波放大、隔离和输出驱动等信号调理功能，电源模块保证对整个电路的供电。

使用本发明信号调理器的技术方案优点如下：

1.防止控制中心电子设备被雷电流冲击遭到的破坏；

2.防止过电压对调理器的破坏；

3.消除现有技术中无法消除的大电流或过电压对信号的干扰。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为现有技术的信号调理器原理方框图。

图2为本发明具有防雷功能的信号调理器原理方框图。

图3为应用本发明具有防雷功能的信号隔离器原理方框图。

图4为防雷放电电路原理图。

图5为滤波放大及隔离电路原理图。

图6为输出驱动电路原理图。

图7为电源电路原理图。

具体实施方式

具有防雷功能的信号调理器的电路原理方框图如图2所示，包括前置的防雷放电电路，及依次连接的输入模块、调理模块、输出模块和给输入模块、调理模块、输出模块供电的电源模块。

下面结合附图，以具有防雷功能的信号隔离器为实施例对本发明进行详细说明。

具有防雷功能的信号隔离器，是在原有工业模拟信号隔离模块的基础上，增加防雷模块和接地端子的方法，实现防雷放电和信号隔离双重功能，在防护设备免受雷电流破坏的同时，也增强了信号隔离器抑制和消除干扰的能力。

图3是信号隔离器的电路原理方框图，是本发明的一个应用实施例。所述隔离器包括防雷放电、滤波放大、电磁隔离、输出驱动和电源五个部分。防雷放电模块对通过导线侵入的雷电流和浪涌冲击进行快速泄流，并实现线-线间电压或线-地间电压的钳位，在保护该隔离器和后续设备的同时，也吸收了部分干扰信号。滤波放大模块实现对经过防雷放电后的信号纹波的滤出，并对信号进行放大。电磁隔离模块利用磁通耦合，实现输入信号和输出信号的隔离，消除干扰。输出驱动模块对隔离后的信号进行驱动放大输出。电源模块对电路中的放大器、耦合线圈等需要供电的器件进行供电。

该隔离器在信号隔离变送的同时，将雷电流泄放掉，既增加了信号调理的效果，也达到对相关电子设备防雷保护和过电压保护的目的。它的使用能抑制或消除多种干扰，实现对输入信号和输出信号的隔离传送。

a.防雷放电电路由气体放电管D8、限流电阻R17和齐纳二极管DZ2组成，电路原理如图4所示。4～20mA工业标准信号通过输入端“In+/In-”输入，当无雷电流和过电压时，信号直接通过防雷模块，进入滤波放大电路；当受雷电流或过电压冲击时，放电管D8和齐纳二极管DZ2快速导通，几乎相当于短路，实现快速放电，并迅速恢复到正常状态。

b.滤波放大及隔离电路由采样电阻、滤波电路、运算放大器U1和互感器B2等组成，电路原理如图5所示。标准电流信号通过采样电阻R3和滤波电容，在运算放大器U1的“3”端输入电压V1，V1和U1的“2”端的负反馈电压比较，控制三极管T3导通特性，通过互感器耦合，在B2的“3、4”端获得电流，通过采样电阻R10获得与V1相同的电压V3。

c.输出驱动电路由运算放大器U2、三极管T4和基准源等组成，电路原理如图6所示。隔离输出电压控制T4导通特性，在R14中持续流过I＝V3/R14的电流，即在输出端输出和输入相同的电流信号。

d.电源电路由变压器B1、自激振荡电路和整流电路等组成，电路原理如图7所示。外界给电路提供24V直流电，在自激励电路中产生方波，通过磁环线圈耦合，输出VCC1给运算放大器U1供电；输出VCC2给互感器B2供电；整流输出VCC3给运算放大器U2供电，并提供输出驱动电流。

具有防雷功能的信号隔离器的主要技术指标：

●隔离强度：2500VAC/1min

●放电响应时间：1ns

●最大放电电流：5KA

●限制电压：＜40V

●放电开始电压：＞30V

●绝缘电阻：100MΩ/500VDC

●精度：±0.1％F·S

●温度漂移：±100PPM/℃

Claims (9)

1.一种具有防雷功能的信号调理器，包括信号调理电路，其特征在于：在所述信号调理电路的信号输入端前置一防雷放电电路。

2.根据权利要求1所述的信号调理器，其特征是：所述信号调理电路包括依次连接的输入模块、调理模块、输出模块和给前述模块供电的电源模块。

3.根据权利要求1所述的信号调理器，其特征是：所述防雷放电电路包括防雷放电模块和从模块中接出的接地端子。

4.根据权利要求3所述的信号调理器，其特征是：所述防雷放电模块为含有放电管、限流电阻和钳位二极管的电路。

5.根据权利要求1或2所述的信号调理器，其特征是：所述信号调理电路是一种信号隔离电路。

6.根据权利要求5所述的信号调理器，其特征是：所述信号隔离电路包括依次连接的滤波放大模块、电磁隔离模块、输出驱动模块和给前述模块供电的电源模块。

7.根据权利要求6所述的信号调理器，其特征是：所述滤波放大模块和电磁隔离模块为包含采样电阻、滤波电路、运算放大器和互感器的滤波放大及隔离电路。

8.根据权利要求6所述的信号调理器，其特征是：所述输出驱动模块为包含运算放大器、三极管和基准源的输出驱动电路。

9.根据权利要求6所述的信号调理器，其特征是：所述电源模块为包含变压器、自激振荡电路和整流电路的电源电路。

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