CN1874160B - 模拟信号转换隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟信号转换隔离装置，包括：滤波电路，放大电路，隔离电路及电压随耦电路，其可依据输入端的电压或电流信号利用开关组件进行切换选择，或者由精密电阻将大电流输入信号转换为电压源信号，经放大器产生同准位信号源输出，并由隔离电路隔离外部噪声，经电压随耦电路输出信号至控制端，以实现电压、电流源信号及大电流信号源的模拟信号转换，以及接地隔离。

Description

模拟信号转换隔离装置

技术领域

本发明涉及一种模拟信号转换隔离装置，特别涉及一种具有输入端电源独立及线性光耦合信号隔离设计的模拟信号转换隔离装置，其可应用于电压、电流源信号及大电流信号源的模拟信号转换以及接地隔离。

背景技术

将模拟信号转换应用于电子产品的信号控制已经十分常见，传统的模拟信号转换如图1所示，其主要分为电压与电流输入信号源，经放大器转换比例输出至控制端(如CPU等)，该输入信号的获取通常限制在0～10V或0～20mA，并且因为输入阻抗的差异，需要将不同的信号分别输入，使得线路被局限在单一信号模式，实用性不高。

目前，为了实现模拟信号转换输入线路既能输入电流信号也能输入电压信号，主要是利用开关切换选择，配合OP放大器作为放大电路，根据信号源不同决定输入的阻抗以获取对应到控制端的信号准位。这样虽然可以解决线路被局限在单一信号模式的问题，但可获取的输入电流信号仍然很小，均在几mA范围。

另外，由于线路的共同接地设计，其与控制端(如CPU)之间并无隔离，因此会造成外部噪声耦合到控制端，以及应用于较大电流信号输入时，会出现无法获取信号以及产生图1线路中R4’零件的选用等问题，因此通常会通过转换模块(如比流器)配置转换方式，形成前级隔离，将大信号转换为较小的信号，或者可被获取的电流信号，通过电阻转换为输入端的电压，以达到隔离效果，并解决电流信号输入问题，但这样会相对造成电路设计上的复杂度与成本增加，同时该电流与电压信号输入端无法共享，需分别独立配置，无法兼具电压与电流信号的应用。

发明内容

本发明的主要目的是解决上述现有技术中存在的问题，本发明利用输入端电源独立与简单选择切换输入源、搭配后极线性光耦合信号隔离的设计结构，改善了模拟信号转换装置的干扰信号隔离效率、大电流信号源的适用性，并且避免了需要增设转换模块的高成本复杂电路，从而提供一种电路布线更简单并且占据空间更小、价格低廉但实用性高的模拟信号转换隔离装置。

为了实现上述目的，本发明的模拟信号转换隔离装置连接信号输入端，用于电压、电流及大电流信号源的模拟信号转换以及接地隔离，该装置包括：

滤波电路，其输入端连接信号输入端，且所述滤波电路具有分流电阻(R1)，所述分流电阻(R1)为精密低阻值大功率的电阻组件；

放大电路，所述放大电路包括OP放大器、开关组件和多个电阻组件，所述OP放大器的同相输入端电连接至所述滤波电路的输出端以接收所述滤波电路的输出信号，由开关组件依据输入端电压或电流信号的不同进行切换选择，并将不同信号源准位统一输出；所述OP放大器的反相输入端及输出端电连接至所述开关组件，其中所述开关组件可选择性地连接到多个电阻组件的其中一个，以确定信号输入-输出准位放大率；

隔离电路，其电连接至所述放大电路的输出端以接收所述放大电路的信号进行信号转换，并隔离信号中的干扰噪声；

电压随耦电路，将隔离后的电压信号同相后输出至控制端。

附图说明

图1为传统的转换电路示意图。

图2为本发明的一个具体实施例的电路方框图。

图3为本发明的一个具体实施例的电路示意图。

图4为本发明的又一个具体实施例的电路示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

滤波电路    1            放大电路        2

隔离电路    3            电压随耦电路    4

OP放大器    21           开关组件        22

比较器      31        模拟光耦合器    41

分压电阻    R1        可变电阻组件    R7

电阻组件    R2、R3、R4、R5、R6

具体实施方式

关于本发明的技术内容及详细说明，现结合附图说明如下：

图2和图3是本发明模拟信号转换隔离装置的电路结构示意图。如图所示，本发明的模拟信号转换隔离装置包括：滤波电路1，放大电路2，隔离电路3及电压随耦电路4，用以构成一种能应用于电压、电流源信号及大电流信号源的模拟信号转换以及接地隔离的模拟信号转换隔离装置，该装置具有更简单的电路并缩小了布线空间，其价格低廉但实用性高。

滤波电路1连接独立的输入端电源信号，用以降低输出端纹波，滤波电路1具有分流电阻R1，该分流电阻R1为精密低阻值大功率的电阻组件，在大电流信号源输入时，可以将大部份的大电流信号源分流掉，使本发明能应用于数安培(A)电流的模拟信号转换，因此可以解决可获取的输入电流信号被限制在几个mA范围的问题。

放大电路2与滤波电路1的输出端相连接，其具有OP放大器21和开关组件22，用以产生同准位信号源输出，OP放大器21连接滤波电路1以接收滤波电路1的输出信号V2，并由开关组件(Switch)22依据输入端电压与电流信号进行切换选择，配合电阻组件R2、R3、R4产生与电压和电流源信号相匹配的电压信号输出，其中开关Switch 1-2端和Switch 2-3端的信号输入-输出准位放大率为：

Switch 1-2端    V2＝V3

Switch 2-3端    V2＝(1+R3/R4)V3

隔离电路3与放大电路2的输出端相连接，其包括比较器31和光耦合器32，比较器31接收放大电路2所输出的同准位信号源V3，进行模拟信号处理后，再由光耦合器32输入端和输出端所连接的电阻组件R5、R6进行分压处理，以输出V4信号源，从而实现输入端与输出端的接地隔离。其中：

$V4=\left(\frac{R6}{R5}\right)V3$

经过隔离电路3隔离处理后的信号，由电压随耦电路4的正向端输入，进行信号转换以输出信号V5，信号V5由输出端输出至控制端，所以V5＝V4。

由于上述电路为输入端独立电源设计，因此能减少对输出端信号的干扰，并且通过光耦合器32与电阻组件R5、R6的分压配置可产生信号隔离处理，从而避免因接地端干扰控制端(如CPU等)，并且当外部输入短路时，能保护控制端。

同时，以相同输入端与电路相结合，可以提高应用于电压与电流源信号输入的实用性，也可简化并缩小电路布线以及输入端口在电路板中占用的空间。

图4是本发明的模拟信号转换隔离装置又一实施例的示意图。如图所示，本实施例与图2、图3所示的实施例基本相同，其不同之处在于将图3中的隔离电路3的电阻组件R6替换为本实施例中的可变电阻组件R7，由此可利用可变电阻组件R7调整至最佳电阻值，与电阻组件R5进行分压处理，使隔离电路3能有效隔离外物噪声对控制端的干扰。

以上仅为对本发明优选实施例的说明，并非用来限定本发明实施范围。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，所做的各种变化与修饰，都应涵盖在本发明的权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种模拟信号转换隔离装置，该装置连接信号输入端，用于电压、电流及大电流信号源的模拟信号转换以及接地隔离，其中，所述装置包括：

滤波电路，其输入端连接信号输入端，且所述滤波电路具有分流电阻(R1)，所述分流电阻(R1)为精密低阻值大功率的电阻组件；

放大电路，所述放大电路包括OP放大器、开关组件和多个电阻组件，所述OP放大器的同相输入端电连接至所述滤波电路的输出端以接收滤波电路的输出信号，并产生同准位信号放大输出；所述OP放大器的反相输入端及输出端电连接至所述开关组件，其中所述开关组件可选择性地连接到多个电阻组件的其中一个，以确定信号输入-输出准位放大率；以及

隔离电路，其电连接至所述放大电路的输出端以接收所述放大电路的输出信号并进行信号转换，并隔离信号中的干扰噪声。

2.如权利要求1所述的模拟信号转换隔离装置，其中，所述隔离电路包括比较器和光耦合器。

3.如权利要求2所述的模拟信号转换隔离装置，其中，所述光耦合器输入端耦接电阻组件(R5)，输出端耦接另一电阻组件(R6)，以形成分压配置。

4.如权利要求3所述的模拟信号转换隔离装置，其中，所述光耦合器输出端耦接的电阻组件(R6)为可变电阻组件。

5.如权利要求1所述的模拟信号转换隔离装置，其中，所述模拟信号转换隔离装置进一步包括连接于所述隔离电路输出端的电压随耦电路，该电压随耦电路包括OP放大器。

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