220v交流供電型卡裝式信號隔離器的製作方法

2023-05-09 18:05:26 2

專利名稱：220v交流供電型卡裝式信號隔離器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子儀表，特別是一種信號隔離器。
背景技術：
信號隔離器是電動單元組合儀表中的一個單元，在工業控制自動化系統中的作用是將輸入的4～20mA(或1～5V DC)信號經隔離轉換成與之對應的4～20mA和1～5V DC信號的一種儀表。
卡裝式信號隔離器因體積小而替代了架裝式信號隔離器。國家標準中，工業控制自動化儀表的供電電源為24V DC，採用由系列產品電源箱將220V交流電壓轉換為24V DC供數個信號隔離器使用。如果電源箱因某種原因出現故障，其供電的數個信號隔離器將都停止工作，造成自動化控制系統發出鏈鎖反應。
信號隔離器輸出的1～5V DC信號是用250Ω電阻串聯在4～20mA電流迴路中，因此相互關聯。如果輸出的兩路信號同時使用並且其中一路受信儀表存在不穩定因素，另一路受信儀表將被幹擾。

發明內容
本實用新型的目的就是為了解決以上問題而提供一種電路簡單、由交流電直接單獨供電並且兩路輸出之間相互隔離的220V交流供電型卡裝式信號隔離器。
本實用新型的技術方案是這樣得以實現的一種220V交流供電型卡裝式信號隔離器，包括電源電路、直流——交流電源轉換電路、輸入輸出信號轉換電路；其特點是輸入輸出信號轉換電路設有相互隔離的兩路輸出；電源電路為220V AC供電穩壓電源電路，它包括整流橋堆D1及濾波電解電容C3將220V交流輸入整流為直流高壓後接變壓器T1的初級繞組1端，變壓器T1的初級繞組2端接由TOP22x構成的三端器件N1的電源端，變壓器T1的初級繞組上端接穩壓二極體D2的正極，二極體D2的負極接二極體D3的負極，二極體D3的正極接變壓器T1的初級繞組2端；變壓器T1偏置繞組的4端接二極體D6正極，二極體D6的負極串接電容C9後接偏置繞組的3端且接初級地，二極體D6的負極還接至光耦U1的次級集電極端，光耦U1的次級發射極端接至三端器件N1的控制腳，在三端器件N1的控制腳與接地腳間並接有電阻R1與電容C4串聯支路；變壓器T1的次級繞組的6端接二極體D5的正極，二極體D5的負極接電解電容C8正極，電容C8負極接變壓器T1的次級繞組5端且接次級地，在電容C8兩端並接有電阻R2與穩壓二極度管D7的串聯支路，穩壓二極體D7的正極接次級地，負極接光耦U1的初級發光二極體負極，電容C8兩端還並接有電感L3與電解電容C11的串聯支路，電容C11兩端為20V直流電壓輸出端，為後級的直流——交流電源轉換器提供工作電源，光耦U1的初級發光二極體正極串聯電阻R3後接電容C11正極，在初級地與次級地間接有電容C5，變壓器T1還設有另一個相互隔離的次級繞組，這個次級繞組經整流二極體D4、濾波電容C6、C7、電感L2輸出12V直流電壓為第二路輸出電路提供供電電源；輸入輸出信號轉換電路的電流互感器T3增有一個次級繞組取信號送由運放塊IC3、三極體BG5組成的第二路輸出電路運放塊IC3的正向輸入端。
由於本實用新型將信號隔離器供電單獨化，將220V交流電直接供給每一個單獨信號隔離器，如果某一臺信號隔離器出現故障只是一個點，其影響面非常小；另外本實用新型將信號隔離器的兩路輸出之間實現隔離。由於本實用新型僅增加由TOP22x系列開關電源專用集成電路為主要器件，配以變壓器T1、電流互感器T3和相關器件，將220V交流電在本信號隔離器內部轉換成直流電壓供電，故電路簡單可靠。


圖1是本實用新型的電路圖。
圖中C1～C18——電容 L1～L2——電感 D1——整流橋堆 D2、D7——穩壓二極體 D3、D4、D5、D6、D8～D16——二極體 T1、T2、T3——變壓器 N1——TOP22x三端器件 R1～R14——電阻 U1——光耦BG1～BG5——NPN晶體三極體 IC1～IC3——運放塊 W1、W2——電位器具體實施方式
從圖1可見，本實用新型由三部分組成220V AC供電穩壓電源電路、直流——交流電源轉換器電路和輸出電路；220V AC供電穩壓電源電路是將220V AC變為20V DC電源給直流——交流電源轉換器供電，直流——交流電源轉換器電路是現有技術，輸出電路為2個相同的電流輸出電路。
220V交流電經整流橋堆D1整流和電容C3濾波，產生用於變壓器T1初級繞組的高壓直流電。變壓器初級繞組的另一端由TOP22x三端器件N1內集成的高壓場效應管驅動。TOP22x三端器件是具有自偏置和自保護、電流線性控制佔空比的變換器，在正常工作情況下，內部輸出端的佔空比隨控制腳電流增長而線性地減小。二極體D2和D3用於鉗制由變壓器漏感產生的脈衝前沿電壓尖峰。變壓器T1的次極繞組經二極體D5、電容C8、電感L3和電容C11整流濾波後，產生20V直流輸出電壓。為改善輕負載時的負載調整率，用電阻R2和二極體D7為20V輸出提供一個預負載。偏置繞組經二極體D6和電容C9整流濾波產生三端器件N1的偏置電壓。由初級繞組漏極端的高壓開關波形和變壓器初級與次極間分布電容產生的共模發射電流被電感L1和安全電容C5、C10所衰減。由初級電流波形中的梯形或三角形的基波和諧波產生的差模發射電流通過電感L1的漏感被電容C1與C3衰減。電容C9濾掉TOP22x控制極上的驅動電流尖峰，並且由電阻R1、電容C4的時間常數決定自動重新啟動頻率。為了使直流工作電壓穩定和保證自動化系統的安全，本儀表採用光偶U1將二極體D5整流後的電壓取樣反饋到TOP22x的控制極。
變壓器T1還設有另一個次級繞組為運放塊IC3、NPN晶體三極體BG5供電，電流互感器T3增加一個取第二路輸出信號的次級繞組。變壓器T1的次級繞組的8端接二極體D4的正極，二極體D4的負極接電解電容C7正極，電容C7負極接變壓器T1的次級繞組7端，電容C7兩端並接有電感L2與電解電容C6的串聯支路，電容C7兩端為12V直流電壓輸出端，為IC3、BG5提供工作電源。電流互感器T3的另一個次級繞組5端接二極體D16的正極，二極體D16的負極接電解電容C17正極，電容C17負極接電流互感器T3的次級繞組4端並且接變壓器T1的次級繞組7端，電容C17兩端並接有電位器W2與電阻R12的串聯支路，電位器W2的中心端接運放塊IC3的正向輸入端。
20V直流電壓給直流-交流電源轉換器供電，直流-交流電源轉換器是磁偶合的多諧振蕩器，由電晶體BG1、BG2、電阻R4、R5、R6、R7、二極體D8、電容C12和變壓器T2組成。產生的方波經變壓器T2的次極輸出，次極輸出電壓經由二極體D10、D11、D12、D13組成的橋式電路整流和電容C13、C15濾波之後為信號輸入轉換運放塊IC1提供一個隔離工作電源，電源電壓約為±12V。IC1的輸入為4～20mA直流電流信號，如果輸入信號為1～5V直流電壓信號可去掉R14250Ω電阻。IC1將輸入信號轉為電流由電流互感器T3初級的中心抽頭2端經BG4流向T2次級即信號地。二極體D9、D14還成為二極體調製器，流經BG4的電流被調製成方波，交替地通過電流互感器T3初級繞組。電流互感器T3次級兩個相同繞組產生的交變信號，一路由二極體D15整流電容C16濾波，電位器W1與電阻R11串接在電容C16兩端，另一路由二極體D16整流電容C17濾波，電位器W2與電阻R12串接在電容C17兩端，電位器W1與電阻R11、電位器W2與電阻R12共同組成電流互感器T3的負載。當輸入信號為20mA時負載電阻的電壓經電位器W1、W2分別調節到2V，並送到運算放大器IC2、IC3的正向輸入端，運算放大器IC2、電晶體BG3，IC3、電晶體BG5均組成高輸入阻抗跟隨器電路。電流分別由電晶體BG3、BG5發射極輸出。輸出的4～20mA電流可接阻值為250Ω的電阻得到1～5V輸出電壓。
權利要求1.一種220V交流供電型卡裝式信號隔離器，包括電源電路、直流——交流電源轉換電路、輸入輸出信號轉換電路；其特徵在於輸入輸出信號轉換電路設有相互隔離的兩路輸出；電源電路為220V AC供電穩壓電源電路，它包括整流橋堆(D1)及濾波電解電容(C3)將220V交流輸入整流為直流高壓後接變壓器(T1)的初級繞組(1)端，變壓器(T1)的初級繞組(2)端接由TOP22x構成的三端器件(N1)的電源端，變壓器(T1)的初級繞組上端接穩壓二極體(D2)的正極，二極體(D2)的負極接二極體(D3)的負極，二極體(D3)的正極接變壓器(T1)的初級繞組(2)端；變壓器(T1)偏置繞組的(4)端接二極體(D6)正極，二極體(D6)的負極串接電容(C9)後接偏置繞組的(3)端且接初級地，二極體(D6)的負極還接至光耦(U1)的次級集電極端，光耦(U1)的次級發射極端接至三端器件(N1)的控制腳，在三端器件(N1)的控制腳與接地腳間並接有電阻(R1)與電容(C4)串聯支路；變壓器(T1)的次級繞組的(6)端接二極體(D5)的正極，二極體(D5)的負極接電解電容(C8)正極，電容(C8)負極接變壓器(T1)的次級繞組(5)端且接次級地，在電容(C8)兩端並接有電阻(R2)與穩壓二極度管(D7)的串聯支路，穩壓二極體(D7)的正極接次級地，負極接光耦(U1)的初級發光二極體負極，電容(C8)兩端還並接有電感(L3)與電解電容(C11)的串聯支路，電容(C11)兩端為20V直流電壓輸出端，為後級的直流——交流電源轉換器提供工作電源，光耦(U1)的初級發光二極體正極串聯電阻(R3)後接電容(C11)正極，在初級地與次級地間接有電容(C5)，變壓器(T1)還設有另一個相互隔離的次級繞組，這個次級繞組經整流二極體(D4)、濾波電容(C6)、(C7)、電感(L2)輸出12V直流電壓為第二路輸出電路提供供電電源；輸入輸出信號轉換電路的電流互感器(T3)增有一個次級繞組取信號送由運放塊(IC3)、三極體(BG5)組成的第二路輸出電路運放塊(IC3)的正向輸入端。
專利摘要一種220V交流供電型卡裝式信號隔離器，包括電源電路、直流—交流電源轉換電路、輸入輸出信號轉換電路；輸入輸出信號轉換電路設有相互隔離的兩路輸出；電源電路為220VAC供電穩壓電源電路，變壓器T
文檔編號G01R15/14GK2709989SQ20042007810
公開日2005年7月13日 申請日期2004年7月24日 優先權日2004年7月24日
發明者劉新普 申請人:劉新普