帶光耦隔離的直流變送電路的製作方法
2023-05-31 14:10:46 1
帶光耦隔離的直流變送電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶光耦隔離的直流變送電路。該直流變送電路將多路測量變量，通過CPU採集，並由CPU的片選控制端、串行時鐘輸出端和串行數據輸出端輸出轉化為數字量，再經過光耦隔離電路輸出到數模轉換器，數模轉換器將數字量轉化為模擬量電壓輸出經過運算放大器與三極體的放大調節，並經過採樣電阻，輸出直流電流。本實用新型能夠抗幹擾性強，成本低，能夠得出高精度，高穩定性的4-20mA直流電流，且能夠很大程度上保護CPU側電路不被外部幹擾而損壞。
【專利說明】帶光耦隔離的直流變送電路
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種帶光耦隔離的直流變送電路。
【背景技術】
[0002]工業上一些要求對需要較遠距離傳輸的各種測量變量(如溫度、液位、壓力、流量等)進行採集與監控，並且被測變量有多個測量點的自動化領域。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在於提供一種抗幹擾性強，成本低，能夠得出高精度，高穩定性的4-20mA直流電流的帶光耦隔離的直流變送電路。
[0004]為實現上述目的，本實用新型的技術方案是:一種帶光耦隔離的直流變送電路，包括片選控制端、串行時鐘輸出端和串行數據輸出端，所述片選控制端經第一光耦隔離電路與第一數模轉換器的CS端連接，所述串行時鐘輸出端經第二光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的CLK端連接，所述串行數據輸出端經第三光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的SDI端連接；所述第一和第二數模轉換器的VCC端均連接至VDD，所述第一和第二數模轉換器的VCC端還分別經電容C35和電容C34連接至⑶D，所述第二數模轉換器的CS端經電阻Rll連接至VDD，所述第一和第二數模轉換器的SHDN端連接至VDD，所述第一數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至GDD，所述第二數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至⑶D，所述第一數模轉換器的REFA端、REFB端、第二數模轉換器的REFA端和REFB端相連接至電源模塊輸出端，所述第一數模轉換器OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器OUTA端和OUTB端分別經第一至第四運算及放大電路連接至直流電流輸出端。
[0005]在本實用新型實施例中，所述第一至第三光耦隔離電路包括第一至第三光耦隔離開關、電阻Rl、R4和R5 ;所述第一至第三光耦隔離開關的發光二極體的正端相連接至VD3.3，所述第一光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻Rl與所述片選控制端連接，所述第二光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R4與所述串行時鐘輸出端連接，所述第三光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R5與所述串行數據輸出端連接，所述第一至第三光耦隔離開關的三極體的發射極相連接至GDD，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極連接至所述第一數模轉換器的CS端，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R2連接至VDD，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的CLK端，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R7連接至VDD，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的SDI端，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R6連接至VDD。
[0006]在本實用新型實施例中，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經一電阻RlO連接至一第一三極體的基極，所述第一三極體的發射極連接至⑶D，所述第一三極體的集電極連接至所述第二數模轉換器的CS端。
[0007]在本實用新型實施例中，所述電源模塊包括一 DC/DC轉換器和電容C3，所述DC/DC轉換器的Vin端連接至VDD，所述DC/DC轉換器的DGND端連接至⑶D，所述DC/DC轉換器的VOUT端經電容C3連接至⑶D，所述DC/DC轉換器的VOUT端作為所述電源模塊的輸出端。
[0008]在本實用新型實施例中，所述第一至第四運算及放大電路包括第一至第四運算放大器、第二至第五三極體、二極體Dl至D4、電阻R8、R9、R12和R13 ;所述第一至第四運算放大器的正相輸入端分別連接至所述第一數模轉換器的OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器的OUTA端和OUTB端；所述第一運算放大器的反相輸入端分別與二極體D4的一端、電阻R13的一端和第五三極體的發射極連接，所述第一運算放大器的輸出端分別與二極體D4的另一端和第五三極體的基極連接；所述第二運算放大器的反相輸入端分別與二極體D3的一端、電阻R2的一端和第四三極體的發射極連接，所述第二運算放大器的輸出端分別與二極體D3的另一端和第四三極體的基極連接；所述第三運算放大器的反相輸入端分別與二極體D2的一端、電阻R9的一端和第三三極體的發射極連接，所述第三運算放大器的輸出端分別與二極體D2的另一端和第三三極體的基極連接；所述第四運算放大器的反相輸入端分別與二極體Dl的一端、電阻R8的一端和第二三極體的發射極連接，所述第四運算放大器的輸出端分別與二極體Dl的另一端和第二三極體的基極連接；所述第二至第五三極體的集電極分別連接至所述直流輸出端；所述電阻R8、R9、R12、和R13的另一端相連接至⑶D。
[0009]在本實用新型實施例中，所述直流輸出端包括磁珠L5至L9以及一接口 ；所述L5的一端連接至+18V，所述L5的另一端分別與所述接口的2、4、6和8管腳連接，所述L6至L9的一端分別與第二至第五三極體的集電極連接，所述L6至L9的另一端分別與所述接口的1、3、5和7管腳連接。
[0010]相較於現有技術，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型能夠抗幹擾性強，成本低，能夠得出高精度，高穩定性的4-20mA直流電流，且能夠很大程度上保護CPU側電路不被外部幹擾而損壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型電路框圖。
[0012]圖2是本實用新型帶光耦隔離的直流變送電路原理圖。
[0013]圖中，U1、U2、U3為光耦隔離開關；
[0014]U6、U7為數模轉換器；
[0015]Vl 為 DC/DC 轉換器；
[0016]UlO為四路運算放大器；
[0017]R1、R4、R5、R10 為限流電阻;
[0018]R2、R6、R7、R11 為上拉電阻；
[0019]R8、R9、R12、R13 為採樣電阻；
[0020]C3、C34、C35、C36 為濾波電容；
[0021]D1、D2、D3、D4 為二極體；
[0022]N1、N2、N3、N4、N15 為三極體；
[0023]L5、L6、L7、L8、L9 為磁珠。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖，對本實用新型的技術方案進行具體說明。
[0025]如圖1所示，本實用新型的一種帶光耦隔離的直流變送電路，包括片選控制端、串行時鐘輸出端和串行數據輸出端，所述片選控制端經第一光耦隔離電路與第一數模轉換器的CS端連接，所述串行時鐘輸出端經第二光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的CLK端連接，所述串行數據輸出端經第三光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的SDI端連接；所述第一和第二數模轉換器的VCC端均連接至VDD，所述第一和第二數模轉換器的VCC端還分別經電容C35和電容C34連接至⑶D，所述第二數模轉換器的CS端經電阻Rll連接至VDD,所述第一和第二數模轉換器的SHDN端連接至VDD，所述第一數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至⑶D，所述第二數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至⑶D，所述第一數模轉換器的REFA端、REFB端、第二數模轉換器的REFA端和REFB端相連接至電源模塊輸出端，所述第一數模轉換器OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器OUTA端和OUTB端分別經第一至第四運算及放大電路連接至直流電流輸出端。
[0026]所述第一至第三光稱隔離電路包括第一至第三光稱隔離開關、電阻Rl、R4和R5 ；所述第一至第三光耦隔離開關的發光二極體的正端相連接至VD3.3，所述第一光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻Rl與所述片選控制端連接，所述第二光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R4與所述串行時鐘輸出端連接，所述第三光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R5與所述串行數據輸出端連接，所述第一至第三光耦隔離開關的三極體的發射極相連接至⑶D，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極連接至所述第一數模轉換器的CS端，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R2連接至VDD，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的CLK端，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R7連接至VDD，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的SDI端，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R6連接至VDD。
[0027]所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經一電阻RlO連接至一第一三極體的基極，所述第一三極體的發射極連接至GDD，所述第一三極體的集電極連接至所述第二數模轉換器的CS端。
[0028]所述電源模塊包括一 DC/DC轉換器和電容C3，所述DC/DC轉換器的Vin端連接至VDD，所述DC/DC轉換器的DGND端連接至⑶D，所述DC/DC轉換器的VOUT端經電容C3連接至GDD，所述DC/DC轉換器的VOUT端作為所述電源模塊的輸出端。
[0029]所述第一至第四運算及放大電路包括第一至第四運算放大器、第二至第五三極體、二極體Dl至D4、電阻R8、R9、R12和R13 ;所述第一至第四運算放大器的正相輸入端分別連接至所述第一數模轉換器的OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器的OUTA端和OUTB端；所述第一運算放大器的反相輸入端分別與二極體D4的一端、電阻R13的一端和第五三極體的發射極連接，所述第一運算放大器的輸出端分別與二極體D4的另一端和第五三極體的基極連接；所述第二運算放大器的反相輸入端分別與二極體D3的一端、電阻R2的一端和第四三極體的發射極連接，所述第二運算放大器的輸出端分別與二極體D3的另一端和第四三極體的基極連接；所述第三運算放大器的反相輸入端分別與二極體D2的一端、電阻R9的一端和第三三極體的發射極連接，所述第三運算放大器的輸出端分別與二極體D2的另一端和第三三極體的基極連接；所述第四運算放大器的反相輸入端分別與二極體Dl的一端、電阻R8的一端和第二三極體的發射極連接，所述第四運算放大器的輸出端分別與二極體Dl的另一端和第二三極體的基極連接；所述第二至第五三極體的集電極分別連接至所述直流輸出端；所述電阻R8、R9、R12、和R13的另一端相連接至⑶D。
[0030]所述直流輸出端包括磁珠L5至L9以及一接口 ；所述L5的一端連接至+18V，所述L5的另一端分別與所述接口的2、4、6和8管腳連接，所述L6至L9的一端分別與第二至第五三極體的集電極連接，所述L6至L9的另一端分別與所述接口的1、3、5和7管腳連接。
[0031]以下為本實用新型的具體實施例。
[0032]如圖2所示，本實用新型由光耦隔離開關Ul、U2、U3，帶SPI接口的雙通道電壓輸出數模轉換器U6、U7，無電感正向調節電荷泵DC/DC轉換器VI，軌對軌輸入輸出四路運算放大器譏0，限流電阻1?1、1?4、1?5、1?10，上拉電阻1?2、1?6、1?7、1?11，採樣電阻1?8、1?9、1?12、1?13，電容 C3、C34、C35、C36, 二極體 Dl、D2、D3、D4,三極體 N1、N2、N3、N4,磁珠 L5、L6、L7、L8、L9，構成。
[0033]各組成部分的特徵及其作用如下:
[0034]光耦隔離開關U1、U2、U3:對CPU側的電路與DA (數模轉換器)輸出側的電路進行隔離，防止外部信號幹擾CPU;
[0035]數模轉換器U6、U7:將數位訊號轉換為模擬電壓輸出；
[0036]DC/DC轉換器Vl:為數模轉換器U6、U7提供穩定的基準電壓；
[0037]運算放大器UlO (包括4個運算放大器U10A-U10D):利用運放的虛短和虛斷調節輸出電壓；
[0038]限流電阻Rl、R4、R5、RlO:起限流作用，Rl、R4、R5限制CPU 口線電流，RlO限制三極體基極電流，防止電流過大燒壞CPU或三極體；
[0039]採樣電阻R8、R9、R12、R13:對加在其上的電壓進行採樣，獲得電流信號；
[0040]電容C3、C34、C35、C36:濾波電容；
[0041]二極體Dl、D2、D3、D4:保護三極體，防止三極體E級電壓高於B級電壓損壞三極體；
[0042]三極體N1、N2、N3、N4:放大電流信號；
[0043]磁珠L5、L6、L7、L8、L9:濾除幹擾。
[0044]各組成部分的相互連接關係如下:
[0045]CPU三根口線(即片選口線、串行時鐘口線和串行數據口線)分別接到U1、U2、U3三個光耦隔離開關中發光二極體的負端，其中Ul控制片選口線，U2控制串行時鐘口線，U3控制串行數據口線，U1、U2、U3中發光二極體的正端短接在一起接到VD3.3 (+3.3V)，U1、U2、U3的第8腳和第7腳短接在一起接到VDD，U1、U2、U3的第5腳發射極均連接至(?D，U1、U2、U3的第6腳集電極分別經過電阻R2、R7、R6上拉到VDD，Ul的第6腳經過一個電阻RlO接到三極體N15的基極，N15的集電極經過一個電阻Rll接到VDD，N15的發射極接地，U7的第3腳接到Ul的第6腳，U6的第3腳接到N15的集電極，U6、U7的第4腳短接接到U2的第6腳，U6、U7的第5腳短接接到U3的第6腳，U6、U7的第8腳和12腳接地GDD, U6、U7的第9腳接電源VDD, U6、U7的第11腳和第13腳接到Vl的第2腳，Vl的第I腳接到VDD, Vl的第3腳接地，Vl的第2腳和第3腳之間並一個電容C3，U6、U7的第10腳和第14腳分別接到四路運算放大器UlO的同相輸入端，每個反相輸入端接到一個二極體的正極端和一個三極體的發射極並經過一個電阻接到地，運算放大器的輸出端接到二極體的負極端並接到三極體的基極，三極體的集電極接到一個磁珠。
[0046]本實用新型的實現原理如下:
[0047]本實用新型由CPU片選口線C-CS輸出的不同電平選擇輸出通道，C-CS輸出高電平時，數據從U6輸出，C-CS輸出低電平時，數據從U7輸出，當C-CS輸出高電平時，Ul截止，U7的第3腳片選口連在Ul的集電極被R2上拉到高電平，此時U7被禁能，以此同時，由於三極體N15基極經過電阻RlO接到Ul的第6腳集電極(高電平)使得三極體N15導通，U6的第3腳片選口接地(為低電平)，U6的CLK串行時鐘輸入和SDI串行數據輸入口被使能；當CPU串行時鐘口線C-CLK輸出低電平時，U2的發光二極體發光觸發光敏二極體使得U2的第6腳(集電極)和第5腳(發射極)導通，此時，U6和U7的第4腳(串行時鐘輸入)被接地為低電平，反之當CPU串行時鐘口線C-CLK輸出高電平時，U2截止，U2的第6腳被電阻R7上拉到VDD，此時，U6和U7的第4腳(串行時鐘輸入)為高電平，因此，CPU可從串行時鐘口線C-CLK輸出脈衝信號到U6和U7的第4腳(串行時鐘輸入)；同理CPU可從串行數據口線C-DIN 口輸出數據到U6和U7的第5腳(串行數據輸入)。U6或U7再將收到的數值量轉化為模擬電壓輸出到運算放大器的同相輸入端UlO的第5腳(以UlOB為例)，根據運算放大器的虛短和虛斷原理，UlO的第5腳和第6腳電壓相等，且它們之間的阻抗無窮大，從而調節了三極體NI的基極電壓，使得UlO的第6腳即三極體NI的發射極有一個恆定的電壓，可調節輸出電壓，使得在採樣電阻R8上產生4-20mA直流電流，同理，UlO的第2腳和第3腳電壓相等，UlO的第12腳和第13腳電壓相等，UlO的第9腳和第10腳電壓相等，使得UlO的第2腳、第13腳和第9腳即三極體N2、N3和N4的發射極有一個恆定的電壓，並在採樣電阻R9、R12和R13上產生4_20mA直流電流，即完成了多路高精度、高穩定性的4_20mA直流電流輸出。
[0048]以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本實用新型技術方案的範圍時，均屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:包括片選控制端、串行時鐘輸出端和串行數據輸出端，所述片選控制端經第一光耦隔離電路與第一數模轉換器的CS端連接，所述串行時鐘輸出端經第二光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的CLK端連接，所述串行數據輸出端經第三光耦隔離電路與第一和第二數模轉換器的SDI端連接；所述第一和第二數模轉換器的VCC端均連接至VDD，所述第一和第二數模轉換器的VCC端還分別經電容C35和電容C34連接至⑶D，所述第二數模轉換器的CS端經電阻Rll連接至VDD，所述第一和第二數模轉換器的SHDN端連接至VDD，所述第一數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至⑶D，所述第二數模轉換器的LDAC端與GND端相連接至⑶D，所述第一數模轉換器的REFA端、REFB端、第二數模轉換器的REFA端和REFB端相連接至電源模塊輸出端，所述第一數模轉換器OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器OUTA端和OUTB端分別經第一至第四運算及放大電路連接至直流電流輸出端。
2.根據權利要求1所述的帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:所述第一至第三光耦隔離電路包括第一至第三光耦隔離開關、電阻Rl、R4和R5 ;所述第一至第三光耦隔離開關的發光二極體的正端相連接至VD3.3，所述第一光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻Rl與所述片選控制端連接，所述第二光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R4與所述串行時鐘輸出端連接，所述第三光耦隔離開關的發光二極體的負端經電阻R5與所述串行數據輸出端連接，所述第一至第三光耦隔離開關的三極體的發射極相連接至GDD，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極連接至所述第一數模轉換器的CS端，所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R2連接至VDD，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的CLK端，所述第二光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R7連接至VDD，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極分別連接至所述第一數模轉換器和第二數模轉換器的SDI端，所述第三光耦隔離開關的三極體的集電極還經電阻R6連接至VDD。
3.根據權利要求2所述的帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:所述第一光耦隔離開關的三極體的集電極還經一電阻RlO連接至一第一三極體的基極，所述第一三極體的發射極連接至⑶D，所述第一三極體的集電極連接至所述第二數模轉換器的CS端。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:所述電源模塊包括一 DC/DC轉換器和電容C3，所述DC/DC轉換器的Vin端連接至VDD，所述DC/DC轉換器的DGND端連接至⑶D，所述DC/DC轉換器的VOUT端經電容C3連接至⑶D，所述DC/DC轉換器的VOUT端作為所述電源模塊的輸出端。
5.根據權利要求1所述的帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:所述第一至第四運算及放大電路包括第一至第四運算放大器、第二至第五三極體、二極體Dl至D4、電阻R8、R9、R12和R13 ;所述第一至第四運算放大器的正相輸入端分別連接至所述第一數模轉換器的OUTA端、OUTB端、第二數模轉換器的OUTA端和OUTB端；所述第一運算放大器的反相輸入端分別與二極體D4的一端、電阻R13的一端和第五三極體的發射極連接，所述第一運算放大器的輸出端分別與二極體D4的另一端和第五三極體的基極連接；所述第二運算放大器的反相輸入端分別與二極體D3的一端、電阻R2的一端和第四三極體的發射極連接，所述第二運算放大器的輸出端分別與二極體D3的另一端和第四三極體的基極連接；所述第三運算放大器的反相輸入端分別與二極體D2的一端、電阻R9的一端和第三三極體的發射極連接，所述第三運算放大器的輸出端分別與二極體D2的另一端和第三三極體的基極連接；所述第四運算放大器的反相輸入端分別與二極體Dl的一端、電阻R8的一端和第二三極體的發射極連接，所述第四運算放大器的輸出端分別與二極體Dl的另一端和第二三極體的基極連接；所述第二至第五三極體的集電極分別連接至所述直流輸出端；所述電阻R8、R9、R12、和R13的另一端相連接至⑶D。
6.根據權利要求1或5所述的帶光耦隔離的直流變送電路，其特徵在於:所述直流輸出端包括磁珠L5至L9以及一接口 ；所述L5的一端連接至+18V，所述L5的另一端分別與所述接口的2、4、6和8管腳連接，所述L6至L9的一端分別與第二至第五三極體的集電極連接，所述L6至L9的另一端分別與所述接口的1、3、5和7管腳連接。
【文檔編號】G01D5/56GK204007658SQ201420414221
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】賴長榮, 肖長金, 黃燕芬 申請人:福建省力得自動化設備有限公司