CN209881762U - 一种起重机控制***模拟量输出隔离电路 - Google Patents
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Abstract
一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,包括信号调理电路、隔离放大电路、增益放大电路和输出采样电路,所述信号调理电路的输入端与控制器CPU输出端相连,所述输出采样电路的输出端与应用设备的输入端相连,本实用新型模拟量输出隔离电路采用全差动隔离放大器,结构简单、性能稳定、线性度高,可有效实现模拟信号的隔离,保证模拟信号传输的完整性和准确性,提高复杂环境下***的抗干扰能力,降低了***级的功耗,适用于起重机运行的全环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及起重机控制***电路设计领域,尤其是涉及了一种起重机控制***模拟量输出隔离电路。
背景技术
随着起重机行业朝着自动化、智能化的方向快速发展,越来越多的电气设备应用到起重机控制***中,现场模拟信号的传输和采集往往在***应用中有着重要的地位。
起重机工作现场环境复杂,容易在电气设备间引起各种干扰,也可能将外部干扰噪声引入到***中,进而导致设备误操作或损坏,引起重大的安全事故。目前,模拟量传输中的隔离电路主要采用光耦作为电气隔离器件;经检索,中国专利授权号为CN201621083767.6的专利,公开了一种用于变频器的模拟量输入隔离电路,所述隔离电路包括波形发生电路,普通光耦作用电气隔离电路,一阶RC低通滤波电路以及稳压电路,实现了信号采集端和信号源端的电气隔离;但由于光耦的开关速度较慢,对驱动脉冲的前后沿会产生较大延时,精度难以保证,只适合于线性度要求不高的场合。
实用新型内容
为了克服背景技术中的不足,本实用新型公开了一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,模拟量输出精确高,适应于起重机运行的全环境。
为实现上述目的,本实用新型采样如下技术方案:
一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,包括信号调理电路、隔离放大电路、增益放大电路和输出采样电路;所述信号调理电路包括电压跟随电路和分压电路;所述信号调理电路、所述隔离放大电路、所述增益放大电路、所述输出采样电路依次连接;所述信号调理电路的输入端与控制器CPU输出端相连;所述输出采样电路的输出端与应用设备的输入端相连。
优选的,所述电压跟随电路包括零漂移运算放大器U1;所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连,接收DAC信号,零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连,零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连,零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源***地GND相连。
优选的,所述分压电路包括电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3和电容CA1;所述电压跟随电路中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源***地GND相连,所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端,所述电容CA1的另一端连接隔离前电源***地GND。
优选的,所述隔离放大电路包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、电阻RA4、电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5;所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路中电阻RA3和电容CA1间节点相连;所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源***地GND;所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连;所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚,另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚;所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC;所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND;所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连,所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连;所述电容CA3、电容CA4并联,一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连,另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连。
优选的,所述电阻R0为0欧电阻。
优选的,所述增益放大电路包括双通道放大器U3、电阻RA6、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11、电容CA6、电阻CA7;所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连,3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路中电阻RA4相连;所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路中电阻RA5相连,4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连;所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连,2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连;所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连,8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连;所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连。
优选的,所述输出采样电路包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1;所述三极管Q1的基极与所述增益放大电路中双通道放大器U3的5脚相连;所述三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连,发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路中电阻RA11相连;所述三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连,所述连接器P1的输出端与应用设备的输入端相连,输出DAC信号。
优选的,所述三极管Q1为NPN型三极管。
优选的,所述信号调理电路、所述隔离放大电路、所述增益放大电路中的电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3、电阻RA4、电阻RA5、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11为1%精度电阻。
由于采用如上所述的技术方案,本实用新型具有如下有益效果:采用全差动隔离放大器,可有效实现输出端和输入端间模拟信号的隔离,提高复杂环境下***的抗干扰能力,保证信号传输的完整性和准确性;采用1%精度电阻,进一步提高了模拟信号的传输精度;通过NPN三极管控制模拟信号的输出,可以调整输出模拟信号的范围,提高电路的带负载能力;本实用新型结构简单、性能稳定,线性度高,最高隔离电压可达7KV,完全能够避免起重机运行环境受到外界电磁干扰影响,保证了模拟量信号的稳定输出,从而能可靠地驱动负载。
附图说明
图1为本实用新型模拟量输出隔离电路结构示意图;
图2为本实用新型模拟量输出隔离电路原理图。
图中:1、信号调理电路;2、隔离放大电路;3、增益放大电路;4、输出采样电路;5、电压跟随电路;6、分压电路。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型,公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进,本实用新型并不局限于下面的实施例。
如图1所示,本实用新型所述模拟量输出隔离电路包括信号调理电路1、隔离放大电路2、增益放大电路3和输出采样电路4;所述信号调理电路包括电压跟随电路5和分压电路6;所述信号调理电路1、所述隔离放大电路2、所述增益放大电路3、所述输出采样电路4依次连接;所述信号调理电路1的输入端与控制器CPU输出端相连;所述输出采样电路4的输出端与应用设备的输入端相连。
如图2所示,所述电压跟随电路5包括零漂移运算放大器U1;所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连,接收DAC信号;零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连,零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连,零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源***地GND相连,所述电压跟随电路5主要对后级电路起到隔离、缓冲作用。
所述分压电路6包括1%精度电阻RA1、1%精度电阻RA2、1%精度电阻RA3和电容CA1;所述电压跟随电路5中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源***地GND相连,电阻RA1和电阻RA2构成功耗、精密的1%分压电路,为后级的全差动隔离放大器U2提供了合适的驱动电压;所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端,所述电容CA1的另一端连接隔离前电源***地GND,电阻RA3和电容CA1构成RC滤波电路,可以滤除输入端的高频信号。
所述隔离放大电路2包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、1%精度电阻RA4、1%精度电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5;所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路6中电阻RA3和电容CA1间节点相连,用于接收上级电路的输出信号;所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源***地GND;所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连,电阻R0为0欧电阻,其作用是可以选择隔离放大电路2是否接入使用以及检测电路;所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚,另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚;所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC;所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND;所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连,所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连;所述电容CA3、电容CA4并联,一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连,另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连;隔离放大电路2用于实现模拟信号输入端和输出端之间的隔离,模拟信号进入隔离放大电路2后,经全差动隔离放大器U2的6脚和7脚后通过1%精度RA4、RA5输出一对差分信号,高精度电阻的使用保证了差分信号的输出精度,该差分信号随输入端DAC信号的变化而变化。
所述增益放大电路3包括双通道放大器U3、电阻RA6、1%精度电阻RA7、1%精度电阻RA8、1%精度电阻RA9、1%精度电阻RA11、电容CA6、电阻CA7;所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连,用于接收上级输出信号,3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路2中电阻RA4相连;所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路2中电阻RA5相连,用于接收上级输出信号,4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连;所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连,2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连;所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连,8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连;所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连;隔离放大电路2输出的差分信号通过增益放大电路3进行比例放大,由双通道放大器U3的5脚输出给驱动三极管Q1,以驱动其工作。
所述输出采样电路4包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1,所述三极管Q1为NPN型;三极管Q1的基极与所述增益放大电路3中双通道放大器U3的5脚相连,接收上级输出信号;三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连,发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路3中电阻RA11相连,调整电阻RA12的大小,可改变模拟信号的输出值;三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连,调整电源VCC的大小也可调整模拟信号的输出范围,提高电路的带负载能力;所述连接器P1与应用设备的输入端相连,输出DAC信号。
实施本实用新型所述电路时,控制器CPU输出的DAC信号,首先从零漂移运算放大器U1的正向输入端进入信号调理电路1,经过分压、滤波后,得到匹配全差动隔离放大器U2的精确驱动信号;驱动信号从全差动隔离放大器U2的正向输入端进入隔离放大电路2,对模拟信号进行隔离,输出一对差分信号;差分信号从双通道放大器U3的正、反向输入端进入增益放大电路3;差分信号经过两级放大后,从三极管Q1基极进入输出采样电路4,最终通过调节连接到三极管Q1发射极的采样电阻RA12,可以从连接器P1输出理想状态的模拟量信号。
本实用新型未详述部分为现有技术。
Claims (9)
1.一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:包括信号调理电路(1)、隔离放大电路(2)、增益放大电路(3)和输出采样电路(4);所述信号调理电路包括电压跟随电路(5)和分压电路(6);所述信号调理电路(1)、所述隔离放大电路(2)、所述增益放大电路(3)、所述输出采样电路(4)依次连接;所述信号调理电路(1)的输入端与控制器CPU输出端相连;所述输出采样电路(4)的输出端与应用设备的输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述电压跟随电路(5)包括零漂移运算放大器U1;所述零漂移运算放大器U1的正向输入端与控制器CPU的输出端相连,接收DAC信号,零漂移运算放大器U1的反向输入端与其输出端相连,零漂移运算放大器U1的正电源端与隔离前电源正极3V3相连,零漂移运算放大器U1的负电源端与隔离前电源***地GND相连。
3.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述分压电路(6)包括电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3和电容CA1;所述电压跟随电路(5)中零漂移运算放大器U1的输出端通过电阻RA1和电阻RA2与隔离前电源***地GND相连,所述电阻RA1和电阻RA2之间的节点通过电阻RA3连接到电容CA1的一端,所述电容CA1的另一端连接隔离前电源***地GND。
4.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述隔离放大电路(2)包括全差动隔离放大器U2、电阻R0、电阻RA4、电阻RA5、电容CA2、电容CA3、电容CA4和电容CA5;所述全差动隔离放大器U2的2脚与所述分压电路(6)中电阻RA3和电容CA1间节点相连;所述全差动隔离放大器U2的3脚、4脚均连接隔离前电源***地GND;所述全差动隔离放大器U2的1脚通过电阻R0与隔离前电源正极3V3相连;所述电容CA2一端连接全差动隔离放大器U2的1脚,另一端连接全差动隔离放大器U2的4脚;所述全差动隔离放大器U2的8脚连接隔离后电源正极VCC;所述全差动隔离放大器U2的5脚连接隔离后电源模拟地VGND;所述全差动隔离放大器U2的7脚通过电容CA5的一端与电阻RA5相连,所述全差动隔离放大器U2的6脚通过电容CA5的另一端与电阻RA4相连;所述电容CA3、电容CA4并联,一端与全差动隔离放大器U2的8脚和隔离后电源正极VCC间节点相连,另一端与全差动隔离放大器U2的5脚和隔离后电源模拟地VGND间节点相连。
5.如权利要求4所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述电阻R0为0欧电阻。
6.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述增益放大电路(3)包括双通道放大器U3、电阻RA6、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11、电容CA6、电阻CA7;所述双通道放大器U3的3脚通过电阻RA6与隔离后电源模拟地VGND相连,3脚与电阻RA6间的节点与所述隔离放大电路(2)中电阻RA4相连;所述双通道放大器U3的4脚与所述隔离放大电路(2)中电阻RA5相连,4脚与电阻RA5之间的节点通过电阻RA7、电阻RA8与所述双通道放大器U3的7脚相连;所述双通道放大器U3的2脚与隔离后电源负极VDD相连,2脚与隔离后电源负极VDD间的节点通过电容CA6与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的1脚与电阻RA7、电阻RA8间的节点相连;所述双通道放大器U3的8脚与隔离后电源正极VCC相连,8脚和隔离后电源正极VCC间的节点通过电容CA7与隔离后电源模拟地VGND相连;所述双通道放大器U3的7脚与电阻RA11相连;所述双通道放大器U3的6脚通过电阻RA9与隔离后电源模拟地VGND相连。
7.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述输出采样电路(4)包括三极管Q1,电阻RA10、电阻RA12和连接器P1;所述三极管Q1的基极与所述增益放大电路(3)中双通道放大器U3的5脚相连;所述三极管Q1发射极通过电阻RA12与隔离后电源模拟地VGND相连,发射极与电阻RA12间的节点与所述增益放大电路(3)中电阻RA11相连;所述三极管Q1集电极通过连接器P1和电阻RA10与隔离后电源正极VCC相连,所述连接器P1的输出端与应用设备的输入端相连,输出DAC信号。
8.如权利要求7所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述三极管Q1为NPN型三极管。
9.如权利要求1所述的一种起重机控制***模拟量输出隔离电路,其特征是:所述信号调理电路(1)、所述隔离放大电路(2)、所述增益放大电路(3)中的电阻RA1、电阻RA2、电阻RA3、电阻RA4、电阻RA5、电阻RA7、电阻RA8、电阻RA9、电阻RA11为1%精度电阻。
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