采用隔離光耦的模擬量輸入電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用隔離光耦的模擬量輸入電路，包括三角波發(fā)生器電路和隔離光耦及積分電路。本實用新型通過隔離光耦以及三角波發(fā)生器、積分電路，實現(xiàn)了內部信號與外部模擬量信號的隔離，不僅對雜訊有很好的屏蔽作用，對外部端子的使用也更安全，同時降低了開發(fā)成本。經測試，模擬量輸入精度也在范圍以內，可以在實際中得到很好的應用。
【專利說明】采用隔離光耦的模擬量輸入電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及變頻器，特別是變頻器的模擬量輸入電路。
【背景技術】
[0002]對于不隔離機種而言，5V電壓與變頻器母線電壓共地，為保證輸入模擬量信號與內部5V電壓沒有干擾以及外部端子的安全考慮，應該采用隔離式模擬量輸入，目前一般采用隔離運放實現(xiàn)，但是采用隔離運放成本較高，使總的開發(fā)成本超出預計。
實用新型內容
[0003]本實用新型出于成本和硬件電路設計的實際考慮，提供一種采用隔離光耦的模擬量輸入電路，在實現(xiàn)隔離的基礎上，降低開發(fā)成本。
[0004]本實用新型的技術方案如下：
[0005]一種采用隔離光耦的模擬量輸入電路，包括三角波發(fā)生器電路和隔離光耦及積分電路；
[0006]所述三角波發(fā)生器電路包括第一運放、第二運放、NPN型晶體管以及PNP型晶體管；第一運放的同相輸入端連接差分電壓，第一運放的反相輸入端連接上拉的第一電阻以及下拉的第一電容，第一運放的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的第二電容，第一運放的負電源電壓端接地，第一運放的輸出端串聯(lián)第二電阻后連接NPN型晶體管的基極；NPN型晶體管的集電極輸出構成基準電壓，NPN型晶體管的發(fā)射極接地并串聯(lián)第三電容后連接第二運放的反相輸入端；第二運放的同相輸入端連接差分電壓，第二運放的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的第四電容，第二運放的負電源電壓端接地，第二運放的輸出端與第一運放的反相輸入端連接；第二運放的反相輸入端連接PNP型晶體管的集電極，PNP型晶體管的發(fā)射極連接上拉的第三電阻，PNP型晶體管的基極連接下拉的第四電阻并連接穩(wěn)壓二極管的正極，穩(wěn)壓二極管的負極連接+12V電壓；
[0007]所述隔離光耦及積分電路包括第三運放、第四運放以及光耦；第五電容的一端連接模擬量輸入信號，另一端接地；第五電阻的一端連接模擬量輸入信號，另一端連接接口的一端，接口的另一端接地；第六電阻的一端連接模擬量輸入信號，另一端連接第一雙二極管的輸入輸出端；第七電阻和第六電容并聯(lián)后的一端連接第一雙二極管的輸入輸出端，另一端接地；第一雙二極管的電源端連接+12V電壓，第一雙二極管的接地端接地，第一雙二極管的輸入輸出端還連接第三運放的反相輸入端；第三運放的同相輸入端連接所述基準電壓，第三運放的輸出端串聯(lián)第八電阻后連接光耦的負極輸入端；光耦的正極輸入端連接差分電壓，光耦的集電極輸出端連接模擬電源電壓，光耦的發(fā)射極輸出端串聯(lián)第九電阻后連接模擬地，并串聯(lián)第十電阻 、第十一電阻后連接第四運放的同相輸入端；第四運放的同相輸入端串聯(lián)第七電容后連接模擬地，第四運放的反相輸入端與輸出端連接，第四運放的正電源電壓端連接+15V電壓并串聯(lián)第八電容后連接模擬地，第四運放的負電源電壓端連接模擬地，第四運放的輸出端串聯(lián)第九電容后連接在第十電阻和第十一電阻之間，第四運放的輸出端同時串聯(lián)第十二電阻后連接第二雙二極管的輸入輸出端；第二雙二極管的輸入輸出端串聯(lián)第十電容后連接模擬地，第二雙二極管的電源端連接模擬電源電壓，第二雙二極管的接地端連接模擬地，第二雙二極管的輸入輸出端還連接第十三電阻的一端，第十三電阻的另一端串聯(lián)第十一電容后連接模擬地，并構成模擬量輸出端。
[0008]本實用新型的有益技術效果是：
[0009]本實用新型使用隔離光耦以及三角波發(fā)生器、積分電路，實現(xiàn)了內部信號與外部模擬量信號的隔離，不僅對雜訊有很好的屏蔽作用，對外部端子的使用也更安全，同時降低了開發(fā)成本。經測試，模擬量輸入精度也在范圍以內，可以在實際中得到很好的應用。
[0010]本實用新型附加的優(yōu)點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖I是三角波發(fā)生器電路圖。
[0012]圖2是隔離光耦及積分電路圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步說明。
[0014]本實用新型包括三角波發(fā)生器電路、隔離光耦及積分電路。
[0015]如圖I所示，三角波發(fā)生器電路主要包括運放IC6A、運放IC10A、NPN型晶體管Q4以及PNP型晶體管Q5。運放IC6A的同相輸入端連接差分電壓DP5V，運放IC6A的反相輸入端連接上拉的電阻R62以及下拉的電`容C38，運放IC6A的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的電容C50，運放IC6A的負電源電壓端接地。運放IC6A的輸出端串聯(lián)電阻R63后連接NPN型晶體管Q4的基極，NPN型晶體管Q4的集電極輸出構成基準電壓REF，NPN型晶體管Q4的發(fā)射極接地并串聯(lián)電容C45后連接運放IClOA的反相輸入端。運放IClOA的同相輸入端連接差分電壓DP5V，運放IClOA的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的電容C20，運放IClOA的負電源電壓端接地，運放IClOA的輸出端與運放IC6A的反相輸入端連接。運放IClOA的反相輸入端連接PNP型晶體管Q5的集電極，PNP型晶體管Q5的發(fā)射極連接上拉的電阻R64，PNP型晶體管Q5的基極連接下拉的電阻R65并連接穩(wěn)壓二極管DlO的正極，穩(wěn)壓二極管DlO的負極連接+12V電壓。
[0016]如圖2所示，隔離光耦及積分電路主要包括運放IC10B、運放IC7A以及光耦PC5。電容C39的一端連接模擬量輸入信號AIN，另一端接地。電阻R29的一端連接模擬量輸入信號AIN，另一端連接接口 JPl的2端，接口 JPl的3端接地。電阻R31的一端連接模擬量輸入信號AIN，另一端連接雙二極管D7的輸入輸出端。電阻R32和電容C8并聯(lián)后的一端連接雙二極管D7的輸入輸出端，另一端接地。雙二極管D7的電源端連接+12V電壓，雙二極管D7的接地端接地，雙二極管D7的輸入輸出端還連接運放IClOB的反相輸入端。運放IClOB的同相輸入端連接所述三角波發(fā)生器電路輸出的基準電壓REF。運放IClOB的輸出端串聯(lián)電阻R40后連接光耦PC5的負極輸入端。光耦PC5的正極輸入端連接差分電壓DP5V，光耦PC5的集電極輸出端連接模擬電源電壓AVCC，光耦PC5的發(fā)射極輸出端串聯(lián)電阻R39后連接模擬地AGND，并串聯(lián)電阻R24、電阻R60后連接運放IC7A的同相輸入端。運放IC7A的同相輸入端串聯(lián)電容C7后連接模擬地AGND，第四運放IC7A的反相輸入端與輸出端連接，運放IC7A的正電源電壓端連接+15V電壓并串聯(lián)電容C19后連接模擬地AGND，運放IC7A的負電源電壓端連接模擬地AGND，運放IC7A的輸出端串聯(lián)電容C52后連接在電阻R24和電阻R60之間。運放IC7A的輸出端串聯(lián)電阻R61后連接雙二極管D6的輸入輸出端；雙二極管D6的輸入輸出端串聯(lián)電容C13后連接模擬地AGND，雙二極管D6的電源端連接模擬電源電壓AVCC，雙二極管D6的接地端連接模擬地AGND，雙二極管D6的輸入輸出端還連接電阻R58的一端，電阻R58的另一端串聯(lián)電容C29后連接模擬地AGND，并構成模擬量輸出端AINC。
[0017]本實用新型的工作原理如下：
[0018]圖I中，PNP型晶體管Q5的基極電壓為Vb=12_5. 1=6. 9V，則PNP型晶體管Q5的集電極電壓為Vc=6. 9+0. 7=7. 6V，從而可知電阻R64的電流為恒定值，相當于一個恒流源。12V電壓通過電阻R64向電容C45充電，基準電壓REF線性上升，直到電壓值到達5V時，運放IClOA動作，I腳(輸出端）由高電平降為低電平，運放IC6A的3腳（同相輸入端）電壓大于2腳(反相輸入端）電壓，故I腳(輸出端）輸出電壓由低電平轉為高電平，NPN型晶體管Q4導通，基準電壓REF被拉低，運放IClO的I腳(輸出端)輸出高電平，運放IC6的I腳(輸出端）輸出低電平，NPN型晶體管Q4截止，基準電壓REF點重新充電，循環(huán)工作。則基準電壓REF點實際的電壓波形為三角波，其三角波的周期時間為電容C45的充電時間。計算過程如下。
[0019]du/dt*c=i[0020]5/dt* (0.01*10-6) = (12-7. 6) / (165*103)
[0021]t=l. 923ms, f=520HZ
[0022]上式中，5V為DP5V電壓，0. 01*10_6F為電容C45值，12V為電源電壓，7. 6V為PNP型晶體管Q5的集電極電壓，165*103 Ω為電阻R64的阻值。
[0023]圖2中，模擬量輸入AIN可以是電壓信號也可以是電流信號。當輸入的是電壓信號時，電阻R31和電阻R32分壓，則輸入運放IClOB的6腳(反相輸入端)的電壓為O. 5*AIN。若輸入的是電流信號，則電流都流過電阻R29轉換為輸入電壓，然后再分壓。模擬量輸入電壓范圍為O~10V，模擬量輸入電流范圍為O~20mA。通過運放IClOB點的電壓與基準電壓REF比較，則比較器會通過比較兩點電壓輸出一定占空比PWM波形。模擬量輸入電壓越大，則占空比越大。當IClOB的6腳(反相輸入端）電壓大于基準電壓REF時，7腳(輸出端）輸出低電平，反之為高阻態(tài)。而光耦PC5的3腳(發(fā)射極輸出端）輸出電壓與IClOB的7腳(輸出端）狀態(tài)相反，則可以得到以下關系：若O. 5AIN>REF，光耦PC5輸出為高電平，反之則為低電平。
[0024]然后，光耦PC5輸出的PWM波形經過運放IC7A組成的積分電路轉化成一個恒定的模擬量值AINC，其大小為AINC=占空比*5V。從而實現(xiàn)了模擬量輸入的隔離。AINC與AIN的關系為：
[0025]AINC=O. 5AIN
[0026]圖I、圖2所述的元器件均為市售商品，實施例中的元器件型號可參見下表：
[0027]圖I、圖2中主要元器件表：
[0028]
【權利要求】
1.一種采用隔離光耦的模擬量輸入電路，其特征在于，包括三角波發(fā)生器電路和隔離光耦及積分電路； 所述三角波發(fā)生器電路包括第一運放（IC6A)、第二運放（IC10A)、NPN型晶體管（Q4)以及PNP型晶體管（Q5);第一運放（IC6A)的同相輸入端連接差分電壓，第一運放（IC6A)的反相輸入端連接上拉的第一電阻（R62)以及下拉的第一電容（C38),第一運放（IC6A)的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的第二電容（C50)，第一運放（IC6A)的負電源電壓端接地，第一運放（IC6A)的輸出端串聯(lián)第二電阻（R63)后連接NPN型晶體管（Q4)的基極；NPN型晶體管（Q4)的集電極輸出構成基準電壓，NPN型晶體管（Q4)的發(fā)射極接地并串聯(lián)第三電容（C45)后連接第二運放（IC10A)的反相輸入端；第二運放（IC10A)的同相輸入端連接差分電壓，第二運放（IClOA)的正電源電壓端連接+12V電壓并連接下拉的第四電容（C20)，第二運放（IClOA)的負電源電壓端接地，第二運放（IClOA)的輸出端與第一運放（IC6A)的反相輸入端連接；第二運放（IClOA)的反相輸入端連接PNP型晶體管（Q5)的集電極，PNP型晶體管（Q5)的發(fā)射極連接上拉的第三電阻（R64)，PNP型晶體管（Q5)的基極連接下拉的第四電阻（R65)并連接穩(wěn)壓二極管（DlO)的正極，穩(wěn)壓二極管（DlO)的負極連接+12V電壓； 所述隔離光耦及積分電路包括第三運放（IC10B)、第四運放（IC7A)以及光耦（PC5);第五電容（C39)的一端連接模擬量輸入信號，另一端接地；第五電阻（R29)的一端連接模擬量輸入信號，另一端連接接口（ JPl)的一端，接口（ JPl)的另一端接地；第六電阻（R31)的一端連接模擬量輸入信號，另一端連接第一雙二極管（D7)的輸入輸出端；第七電阻（R32)和第六電容（C8)并聯(lián)后的一端連接第一雙二極管（D7)的輸入輸出端,另一端接地；第一雙二極管（D7)的電源端連接+12V電壓，第一雙二極管（D7)的接地端接地，第一雙二極管（D7)的輸入輸出端還連接第三運放（IClOB)的反相輸入端；第三運放（IClOB)的同相輸入端連接所述基準電壓，第三運放（ICIOB)的輸出端串聯(lián)第八電阻（R40)后連接光耦（PC5)的負極輸入端；光耦（PC5)的正極輸入端連接差分電壓，光耦（PC5)的集電極輸出端連接模擬電源電壓，光耦（PC5)的發(fā)射極輸出端串聯(lián)第九電阻（R39)后連接模擬地，并串聯(lián)第十電阻（R24)、第十一電阻（R60)后連接第四運放（IC7A)的同相輸入端；第四運放（IC7A)的同相輸入端串聯(lián)第七電容（C7)后連接模擬地，第四運放（IC7A)的反相輸入端與輸出端連接，第四運放（IC7A)的正電源電壓端連接+15V電壓并串聯(lián)第八電容（C19)后連接模擬地，第四運放(IC7A)的負電源電壓端連接模擬地，第四運放（IC7A)的輸出端串聯(lián)第九電容（C52)后連接在第十電阻（R24)和第十一電阻（R60)之間，第四運放（IC7A)的輸出端同時串聯(lián)第十二電阻（R61)后連接第二雙二極管（D6)的輸入輸出端；第二雙二極管（D6)的輸入輸出端串聯(lián)第十電容（C13)后連接模擬地，第二雙二極管（D6)的電源端連接模擬電源電壓，第二雙二極管（D6)的接地端連接模擬地，第二雙二極管（D6)的輸入輸出端還連接第十三電阻（R58)的一端，第十三電阻（R58)的另一端串聯(lián)第十一電容（C29)后連接模擬地，并構成模擬量輸出端。
【文檔編號】H03K19/14GK203377862SQ201320421069
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權日:2013年7月16日
【發(fā)明者】謝曉東 申請人:臺安科技(無錫)有限公司