CN102832922B

CN102832922B - 高精度、高同步性的模拟信号分配器

Info

Publication number: CN102832922B
Application number: CN201210124873.4A
Authority: CN
Inventors: 王林森; 黄连生; 王付胜
Original assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Current assignee: Institute of Plasma Physics of CAS
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN102832922A

Abstract

本发明公开了一种高精度、高同步性的模拟信号分配器，包括有低通滤波器和信号隔离电路，利用低通滤波器减小信号的高频干扰，提升信号品质；再利用信号隔离电路中的三个线性光耦ISO124对信号进行隔离，是原付边和付付边两两之间隔离直流电压为1500V，在利用三个运放对三路隔离信号进行放大，利用输入端的调零电路调整输出端的零点漂移，利用输入端的反向比例电路调整增益大小，实现将一路模拟量生成相同的三路模拟量输出。本发明的精度高，同步性高，增加了信号源的数量，大大节约了成本。

Description

高精度、高同步性的模拟信号分配器

技术领域

本发明涉及模拟电子技术中电路的设计，大多应用在电力***或大电流、高电压或交流电源***中。

背景技术

在电力***中或大电流、高电压交流或者直流电源***中，控制***相对复杂。对于模拟量输出的传感器来说，一般只能输出一个模拟量信号。在控制复杂的电源***内，不仅需要各类传感器输出模拟量信号来完成***的实时负反馈，而且设备的表头也要显示工作设备的关键参数，电源***的监控和实时采集设备都需要将信号通过计算机采集并存入硬盘，以便以后的故障分析。对于同一个传感器，若只能输出一路模拟量信号，显然是无法满足整个控制***的对设备状态信号的需求。简单的将模拟量信号采用并接的方式，后续设备共用一个信号源，那么其中任一设备引起的信号对地短路或信号断路，另外的信号也将短路或者断路，实时控制***采集到错误的信号并反馈，电源***将会瞬间剧烈波动或者急停，极易造成电源***的损毁、瘫痪。另外信号并接共地引起电磁兼容的地回路干扰，造成信号的干扰过大或者失真。

在这类***中各种传感器的数量是有限的，特别是耐高压、大电流的传感器价格高昂，增加传感器数量，成本又较高。本发明介绍的这种分配器，具有高精度、高同步性，将一路模拟量生成了相同的三路模拟量输出，增加了信号源的数量，实时控制***、测量***、仪表表头都能使用该信号，节约很多成本。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种在单块线路板上解决模拟量信号低频滤波、原付边隔离、付付边隔离、信号的功率放大和信号的同步性等问题，很好的实现了将一路模拟量生成了相同的三路模拟量输出。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高精度、高同步性的模拟信号分配器，包括有低通滤波器和信号隔离电路；所述的低通滤波器内部电路包括由电阻和电容器串联组成的RC电路以及由运放一构成的增益电路，所述电阻的另一端为信号输入端，电容器的另一端接地，所述运放一的反相输入端接在电阻和电容器之间，运放一的同相输入端接到电容器接地的那一端，运放一的反相输入端与输出端之间并联有一电阻，运放一的输出端有三条输出支路；所述的信号隔离电路包括三个线性光耦一、二、三和三个运放二、三、四，将所述低通滤波器的三条输出支路中输出的信号分别输入到所述三个线性光耦一、二、三的信号输入端，三个线性光耦一、二、三将各自接收的信号进行隔离并从输出端将隔离后的信号输入到与其对应的三个运放二、三、四的反相输入端，同相输入端均接地，被放大的信号分别从运放二、三、四的输出端输出，在运放二、三、四的输入端均加入一个调零电路和反向比例电路，所述的调零电路为一电阻和一可调电阻串联，可调电阻的两个固定脚分别接电源正负极，电阻的另一端接在与其电路相对应的运放的反相输入端，所述的反向比例电路为一电阻和一可调电阻并联在与其电路相对应的运放的反向输入端和输出端之间。

本发明的特征还在于：所述的低通滤波器和信号隔离电路中所有的电学元件连在同一单块线路板上；所述的三个线性光耦型号均为ISO124；所述的电阻阻值均为10KΩ；所述的运放一、二、三、四的电源是相互独立的；所述的线性光耦一、二、三分别和与其相连的运放二、三、四使用同一电源供电。

本发明的工作原理是：将电压传感器输出的信号通过BNC头输入到低通滤波器的信号输入端，电压传感器的信号输出频率一般不会超过5KHz，信号通过低通滤波器，能够去掉设备中不需要的高频成分，减少信号的高频干扰，提升了信号品质；通过低通滤波器的三条输出支路分别将信号输入到三个线性光耦ISO124中，三条输出支路没有经过其它的延时环节，输出的同步性很高，能达到实时控制的目的；线性光耦ISO124的线性度为0.01％，满足精度的要求；线性光耦ISO124将接收的信号进行隔离，使原付边和付付边两两之间隔离直流电压为1500V，从而保证付边输出某一路出问题，其它两路信号不会受影响；分别将经过三个线性光耦ISO124隔离后的信号输入到与其对应的运放中进行功率放大并输出，在每个运放的输入端都加入调零电路和反向比例电路，调零电路可调整输出端的零点漂移，反向比例电路可以调整增益的大小，满足用户对输出端信号幅值的要求；隔离信号的目的就是隔离“地”，本发明中所有信号的电源地都是独立的，每路信号都是单独电源供电。

本发明的优点是：本发明增加了低通滤波环节，减少了信号的高频干扰，提升了信号的品质；低通滤波器的三条输出支路没有经过其它的延时环节，输出的同步性很高；利用线性光耦ISO124的比较准确的0.01％的线性度，加上输出端的调零电路和反向比例电路，能够满足设备前后输出保持在0.5％的精度范围；它还实现了将一路模拟量生成了相同的三路模拟量输出，增加了信号源的数量，节约了很多成本。

附图说明

图1是低通滤波器内部电路图。

图2是信号隔离电路图。

图3是输入5KHz频率信号时，本发明的输入和输出波形。

图4是当某一路发生故障时，本发明的输入和输出波形。

具体实施方式

一种高精度、高同步性的模拟信号分配器，包括有低通滤波器和信号隔离电路；所述的低通滤波器内部电路如图1所示，包括由电阻R100和电容器C100串联组成的RC电路以及由运放一U100构成的增益电路，所述电阻R100的另一端为信号输入端，电容器C100的另一端接地，所述运放一U100的反相输入端接在电阻R100和电容器C100之间，运放一U100的同相输入端接到电容器C100接地的那一端，运放一U100的反相输入端与输出端之间并联有一电阻R104，运放一U100的输出端有三条输出支路；所述的信号隔离电路如图2所示，包括三个线性光耦一U108、二U109、三U110和三个运放二U101、三U102、四U103，将所述低通滤波器的三条输出支路中输出的信号分别输入到所述三个线性光耦一U108、二U109、三U110的信号输入端，三个线性光耦一U108、二U109、三U110将各自接收的信号进行隔离并从输出端将隔离后的信号输入到与其对应的三个运放二U101、三U102、四U103的反相输入端，同相输入端均接地，被放大的信号分别从运放二U101、三U102、四U103的输出端输出，在运放二U101、三U102、四U103的输入端均加入一个调零电路和反向比例电路，所述的调零电路为一电阻和一可调电阻串联，可调电阻的两个固定脚分别接电源正负极，电阻的另一端接在与其电路相对应的运放的反相输入端，所述的反向比例电路为一电阻和一可调电阻并联在与其电路相对应的运放的反向输入端和输出端之间。所述的低通滤波器和信号隔离电路中所有的电学元件连在同一单块线路板上；所述的三个线性光耦型号均为ISO124；所述的电阻阻值均为10KΩ；所述的运放一U100、二U101、三U102、四U103的电源是相互独立的；所述的线性光耦一U108、二U109、三U110分别和与其相连的运放二U101、三U102、四U103使用同一电源供电。

本发明的效果如下：

如图3所示，CH1是原边示波器采集的输入波形，CH2、CH3、CH4是分配器的输出波形。由图3可见，在输入信号频率5KHz的时候，输入、输出波形的精度都控制在峰值10V，信号没有明显的相位偏移和幅值上的衰减，三个输出信号同步性非常一致，信号频率f＝5KHz；耐压：1500VDC(两两相互)。

如图4所示，模拟故障情况，当输出某一路(假设CH2)发生输出短路，并不会影响其他二路的输出。

Claims

1.一种高精度、高同步性的模拟信号分配器，其特征在于：包括有低通滤波器和信号隔离电路；所述的低通滤波器内部电路包括由电阻和电容器串联组成的RC电路以及由第一运算放大器构成的增益电路，所述电阻的另一端为信号输入端，电容器的另一端接地，所述第一运算放大器的反相输入端接在电阻和电容器之间，第一运算放大器的同相输入端接到电容器接地的那一端，第一运算放大器的反相输入端与输出端之间并联有一电阻，第一运算放大器的输出端有三条输出支路；所述的信号隔离电路包括第一线性光耦、第二线性光耦、第三线性光耦和第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器，将所述低通滤波器的三条输出支路中输出的信号分别输入到所述第一线性光耦、第二线性光耦、第三线性光耦的信号输入端，第一线性光耦、第二线性光耦、第三线性光耦将各自接收的信号进行隔离并从输出端将隔离后的信号输入到与其对应的第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器的反相输入端，同相输入端均接地，被放大的信号分别从第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器的输出端输出，在第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器的输入端均加入一个调零电路和反向比例电路，所述的调零电路为一电阻和一可调电阻串联，可调电阻的两个固定脚分别接电源正负极，电阻的另一端接在与其电路相对应的运放的反相输入端，所述的反向比例电路为一电阻和一可调电阻并联在与其电路相对应的运放的反向输入端和输出端之间。

2.根据权利要求1所述的高精度、高同步性的模拟信号分配器，其特征在于：所述的低通滤波器和信号隔离电路中所有的电学元件连在同一单块线路板上。

3.根据权利要求1所述的高精度、高同步性的模拟信号分配器，其特征在于：所述的三个线性光耦型号均为ISO124。

4.根据权利要求1所述的高精度、高同步性的模拟信号分配器，其特征在于：所述的电阻阻值均为10KΩ。

5.根据权利要求1所述的高精度、高同步性的模拟信号分配器，其特征在于：所述的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器的电源是相互独立的；所述的第一线性光耦、第二线性光耦、第三线性光耦分别和与其相连的第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器使用同一电源供电。