一種具有防雷功能的信號調理器的製作方法
2023-05-11 21:37:16
專利名稱：一種具有防雷功能的信號調理器的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業過程自動化設備的保護，尤其是涉及一種信號調理裝置。適用於現場標準信號調理及相關電子設備等。
背景技術：
信號調理器是目前工業自動化領域應用非常普遍的接口模塊，一般包括輸入、信號處理、輸出和電源四個部分，傳統的信號調理器原理框圖如圖1所示，它通過對輸入信號的濾波、隔離、放大等處理，獲得需要的信號，從而達到對信號的調理。
傳統的信號調理器的缺陷是1.對通過導線侵入的雷電流不具有防護作用，設備易遭受雷擊破壞。
2.對大電流和過電壓不具有消除或抑制功能，甚至造成器件損壞。
發明內容
為了彌補上述缺陷，本發明提供一種信號調理器，在信號調理的同時，將雷電流洩放掉，既增加了信號調理的效果，也達到對相關電子設備防雷保護和過電壓保護的目的。
為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案採用在原有信號調理電路的基礎上，增加前置的防雷放電電路。所述防雷放電電路包括防雷放電模塊和從模塊中接出的接地端子。實現防雷放電和信號調理雙重功能，在防護設備免受雷電流和過電壓破壞的同時，也增強了信號調理效果。
所述防雷放電模塊為放電管、限流電阻和鉗位二極體組成的π形電路。防雷放電模塊對通過導線侵入的雷電流和浪湧衝擊進行快速洩流，並實現線-線間電壓或線-地間電壓的鉗位，在保護該信號調理器和後續設備的同時，也吸收了部分幹擾信號。
所述信號調理電路包括依次連接的輸入模塊、調理模塊、輸出模塊和給前述模塊供電的電源模塊。輸入、調理和輸出模塊完成信號的輸入採樣、濾波放大、隔離和輸出驅動等信號調理功能，電源模塊保證對整個電路的供電。
使用本發明信號調理器的技術方案優點如下1.防止控制中心電子設備被雷電流衝擊遭到的破壞；2.防止過電壓對調理器的破壞；3.消除現有技術中無法消除的大電流或過電壓對信號的幹擾。
本發明的附圖說明如下圖1為現有技術的信號調理器原理方框圖。
圖2為本發明具有防雷功能的信號調理器原理方框圖。
圖3為應用本發明具有防雷功能的信號隔離器原理方框圖。
圖4為防雷放電電路原理圖。
圖5為濾波放大及隔離電路原理圖。
圖6為輸出驅動電路原理圖。
圖7為電源電路原理圖。
具體實施方式
具有防雷功能的信號調理器的電路原理方框圖如圖2所示，包括前置的防雷放電電路，及依次連接的輸入模塊、調理模塊、輸出模塊和給輸入模塊、調理模塊、輸出模塊供電的電源模塊。
以下結合附圖，以具有防雷功能的信號隔離器為實施例對本發明進行詳細說明。
具有防雷功能的信號隔離器，是在原有工業模擬信號隔離模塊的基礎上，增加防雷模塊和接地端子的方法，實現防雷放電和信號隔離雙重功能，在防護設備免受雷電流破壞的同時，也增強了信號隔離器抑制和消除幹擾的能力。
圖3是信號隔離器的電路原理方框圖，是本發明的一個應用實施例。所述隔離器包括防雷放電、濾波放大、電磁隔離、輸出驅動和電源五個部分。防雷放電模塊對通過導線侵入的雷電流和浪湧衝擊進行快速洩流，並實現線-線間電壓或線-地間電壓的鉗位，在保護該隔離器和後續設備的同時，也吸收了部分幹擾信號。濾波放大模塊實現對經過防雷放電後的信號紋波的濾出，並對信號進行放大。電磁隔離模塊利用磁通耦合，實現輸入信號和輸出信號的隔離，消除幹擾。輸出驅動模塊對隔離後的信號進行驅動放大輸出。電源模塊對電路中的放大器、耦合線圈等需要供電的器件進行供電。
該隔離器在信號隔離變送的同時，將雷電流洩放掉，既增加了信號調理的效果，也達到對相關電子設備防雷保護和過電壓保護的目的。它的使用能抑制或消除多種幹擾，實現對輸入信號和輸出信號的隔離傳送。
a.防雷放電電路由氣體放電管D8、限流電阻R17和齊納二極體DZ2組成，電路原理如圖4所示。4～20mA工業標準信號通過輸入端「In+/In-」輸入，當無雷電流和過電壓時，信號直接通過防雷模塊，進入濾波放大電路；當受雷電流或過電壓衝擊時，放電管D8和齊納二極體DZ2快速導通，幾乎相當於短路，實現快速放電，並迅速恢復到正常狀態。
b.濾波放大及隔離電路由採樣電阻、濾波電路、運算放大器U1和互感器B2等組成，電路原理如圖5所示。標準電流信號通過採樣電阻R3和濾波電容，在運算放大器U1的「3」端輸入電壓V1，V1和U1的「2」端的負反饋電壓比較，控制三極體T3導通特性，通過互感器耦合，在B2的「3、4」端獲得電流，通過採樣電阻R10獲得與V1相同的電壓V3。
c.輸出驅動電路由運算放大器U2、三極體T4和基準源等組成，電路原理如圖6所示。隔離輸出電壓控制T4導通特性，在R14中持續流過I＝V3/R14的電流，即在輸出端輸出和輸入相同的電流信號。
d.電源電路由變壓器B1、自激振蕩電路和整流電路等組成，電路原理如圖7所示。外界給電路提供24V直流電，在自激勵電路中產生方波，通過磁環線圈耦合，輸出VCC1給運算放大器U1供電；輸出VCC2給互感器B2供電；整流輸出VCC3給運算放大器U2供電，並提供輸出驅動電流。
具有防雷功能的信號隔離器的主要技術指標●隔離強度2500VAC/1min●放電響應時間1ns●最大放電電流5KA●限制電壓＜40V●放電開始電壓＞30V
●絕緣電阻100MΩ/500VDC●精度±0.1％F·S●溫度漂移±100PPM/℃
權利要求1.一種具有防雷功能的信號調理器，包括信號調理電路，其特徵在於在所述信號調理電路的信號輸入端前置一防雷放電電路。
2.根據權利要求1所述的信號調理器，其特徵是所述信號調理電路包括依次連接的輸入模塊、調理模塊、輸出模塊和給前述模塊供電的電源模塊。
3.根據權利要求1所述的信號調理器，其特徵是所述防雷放電電路包括防雷放電模塊和從模塊中接出的接地端子。
4.根據權利要求3所述的信號調理器，其特徵是所述防雷放電模塊為含有放電管、限流電阻和鉗位二極體的電路。
5.根據權利要求1或2所述的信號調理器，其特徵是所述信號調理電路是一種信號隔離電路。
6.根據權利要求5所述的信號調理器，其特徵是所述信號隔離電路包括依次連接的濾波放大模塊、電磁隔離模塊、輸出驅動模塊和給前述模塊供電的電源模塊。
7.根據權利要求6所述的信號調理器，其特徵是所述濾波放大模塊和電磁隔離模塊為包含採樣電阻、濾波電路、運算放大器和互感器的濾波放大及隔離電路。
8.根據權利要求6所述的信號調理器，其特徵是所述輸出驅動模塊為包含運算放大器、三極體和基準源的輸出驅動電路。
9.根據權利要求6所述的信號調理器，其特徵是所述電源模塊為包含變壓器、自激振蕩電路和整流電路的電源電路。
專利摘要一種信號調理器，採用在原有信號調理電路，尤其是在信號隔離電路的基礎上，增加前置的防雷放電電路。實現防雷放電和信號調理雙重功能，在防護設備免受雷電流和過電壓破壞的同時，也增強了信號調理效果。所述防雷放電電路包括防雷放電模塊和從模塊中接出的接地端子。所述防雷放電模塊為放電管、限流電阻和鉗位二極體組成的π形電路。防雷放電模塊對通過導線侵入的雷電流和浪湧衝擊進行快速洩流，並實現線－線間電壓或線－地間電壓的鉗位，在保護該信號調理器和後續設備的同時，也吸收了部分幹擾信號。
文檔編號G08C19/00GK2796209SQ20052005857
公開日2006年7月12日 申請日期2005年5月16日 優先權日2005年5月16日
發明者傅宇晨, 張家瑞 申請人:深圳萬訊自控有限公司