專利名稱：車載電氣隔離測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及電氣隔離測(cè)量電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于實(shí)現(xiàn)車載微機(jī) 和被測(cè)模擬量之間電氣隔離的車載電氣隔離測(cè)量電路。
背景技術(shù)：
車載微機(jī)常常需要測(cè)量和控制高電壓大電流等模擬量，一旦高電壓、大電流串入 微機(jī)，有可能將微機(jī)損壞，因此，一般會(huì)在模擬量與微機(jī)之間進(jìn)行電氣隔離，以防止高電壓、 大電流串入微機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)中常采用變壓器或者霍爾元件來實(shí)現(xiàn)車載微機(jī)和模擬量之間的電氣隔 離，其中，變壓器隔離使用變壓器線圈來使傳輸信息通過隔離勢(shì)壘，隔離前端的電流變化通 過線圈引起的另一側(cè)的電流變化，但是變壓器隔離一般用于耦合交流信號(hào)，無法耦合直流 信號(hào)，并且變壓器的體積比較大；霍爾器件是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上利用集成電路技術(shù) 制成的，用其做隔離電路具有體積小、功耗小、頻率高等優(yōu)點(diǎn)，但是集成的隔離放大器內(nèi)部 電路復(fù)雜，成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例解決的技術(shù)問題是提供一種車載電氣隔離測(cè)量電路，用以實(shí)現(xiàn)被 測(cè)模擬量與車載微機(jī)之間的電氣隔離，解決因高電壓、大電流串入車載微機(jī)而損壞車載微 機(jī)的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種車載電氣隔離測(cè)量電路，包括控制器，通過控制信號(hào)隔離電路，與開關(guān)電路連接；所述控制器發(fā)出的控制所述開 關(guān)電路通斷的控制指令，經(jīng)過所述控制信號(hào)隔離電路進(jìn)行電氣隔離后，被送入所述開關(guān)電 路；所述開關(guān)電路的輸出端與一線性光耦隔離電路的輸入端口連接，所述線性光耦隔 離電路的輸出端與一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述控制器連接；由所述開關(guān)電 路采集的車載系統(tǒng)的模擬信號(hào)經(jīng)過所述線性光耦隔離電路進(jìn)行電氣隔離，和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被送入所述控制器以進(jìn)行測(cè)量處理；供電電路，與所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路連 接，以向所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路提供電源。本發(fā)明實(shí)施例的車載電氣隔離測(cè)量電路，通過線性光耦隔離電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的模 擬量和車載微機(jī)之間的電氣隔離，同時(shí)，通過供電電路和控制信號(hào)隔離電路，實(shí)現(xiàn)被測(cè)模擬 信號(hào)端和車載微機(jī)之間的電源信號(hào)和控制信號(hào)的電氣隔離，徹底解決了因高電壓、大電流 串入車載微而機(jī)損壞車載微機(jī)的問題。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的車載電氣隔離測(cè)量電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的線性光電耦合器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的線性光耦隔離電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例四的供電電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例五的控制信號(hào)隔離電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)，對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，在各種 電路中得到廣泛的應(yīng)用。光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因 此，具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。同時(shí)，光耦合器的輸入端為電流驅(qū)動(dòng)工作的低阻 元件，具有很強(qiáng)的共模抑制能力。因此，光耦合器作為隔離元件可以大大提高信噪比，尤其 在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大提高計(jì)算機(jī)工作的可靠性。基于 此，本發(fā)明提供了一種車載電氣隔離測(cè)量電路，適用于車載測(cè)量系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車載微機(jī)測(cè)量 車載系統(tǒng)的模擬信號(hào)時(shí)的電氣隔離，保護(hù)車載微機(jī)。實(shí)施例一圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的車載電氣隔離測(cè)量電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實(shí)施 例提供的車載電氣隔離測(cè)量電路包括控制器11、控制信號(hào)隔離電路12、線性光耦隔離電 路13、供電電路14、開關(guān)電路15和模數(shù)轉(zhuǎn)換器16，其中，控制器11可以與車載微機(jī)一體設(shè) 置，基于車載微機(jī)實(shí)現(xiàn)各種功能，也可以獨(dú)立于車載微機(jī)設(shè)置?？刂破?1與控制信號(hào)隔離電路12的輸入端連接，控制信號(hào)隔離電路12的輸出端 與開關(guān)電路15的控制端連接，控制器11發(fā)送的控制指令經(jīng)過控制信號(hào)隔離電路12電氣隔 離后，送入開關(guān)電路15，以控制開關(guān)電路15進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。控制器11與開關(guān)電路15之間的信號(hào)傳輸通路之間連接有線性光耦隔離電路13 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器16。線性光耦隔離電路13的輸入端與開關(guān)電路15的輸出端連接，用于接收 開關(guān)電路采集的車載系統(tǒng)的模擬信號(hào)；線性光耦隔離電路13的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器16的 輸入端連接，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換器16對(duì)電氣隔離后的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；模數(shù)轉(zhuǎn)換器16的 輸出連接于控制器，將數(shù)字化信號(hào)提供給控制器，以進(jìn)行測(cè)量處理。其中，與開關(guān)電路15的輸入端連接的來自系統(tǒng)的模擬信號(hào)中，以及開關(guān)電路15所 在的一端存在高電壓、大電流信號(hào)，稱為被隔離端，開關(guān)電路15之上的電路所在端稱為隔 離端，具體的隔離端包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器16、控制器11、控制信號(hào)隔離電路12的輸入端、線性光 耦隔離電路13的輸出端以及供電電路14的輸入端，而控制信號(hào)隔離電路12的輸出端、線性光耦隔離電路13的輸入端、供電電路14的輸出端介于被隔離端與隔離端之間，以實(shí)現(xiàn)電
氣隔離。在隔離端一側(cè)的電路中相同電壓的電源可以共用一個(gè)，且可以共用一個(gè)接地端； 供電電路14用于給介于被隔離端和隔離端的電路提供所需的電源電壓和地信號(hào)，即該些 電路可以共用一個(gè)電源，也可以共用一個(gè)接地端，且該電源和隔離端的電源不共地，是彼此 獨(dú)立的；具體的，在隔離端，本實(shí)施例的系統(tǒng)提供了兩種電源一種電源可以提供+5V電壓， 如圖1所示的電源10，用于給控制器11供電；一種電源可以提供+12V和-12V電壓(未示 出)，用于向隔離端的其他電路供電。供電電路14的輸入端與隔離端可以提供+5V電壓的 電源10連接，供電電路14的輸出端輸出+12V和-12V電壓，提供給控制信號(hào)隔離電路12、 線性光耦隔離電路13、開關(guān)電路15，該供電電路14不僅用于給上述電路提供電，由供電電 路14輸出的電壓與隔離端的電源是獨(dú)立的，因此保證上述電路的輸入端和輸出端之間的 信號(hào)不共地，完全實(shí)現(xiàn)電氣隔離?；谏鲜?，下面詳細(xì)介紹本實(shí)施例提供的車載電氣隔離測(cè)量電路的工作原理，且 以下實(shí)施例均基于此，故在以下各實(shí)施例中將不再贅述，該工作原理具體為控制器11向開關(guān)電路15發(fā)送控制開關(guān)電路通斷的控制指令，該控制指令用于控 制開關(guān)電路中的一路被選通，以使車載系統(tǒng)的模擬信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入控制器11，由控 制器11對(duì)數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行處理，其中控制器11可以將處理結(jié)果存儲(chǔ)起來，以在需要時(shí)被 讀取，也可以通過與控制器連接的車載總線接口送到車載總線(例如CAN總線)上，以控制 車載系統(tǒng)。其中，控制器11發(fā)出的控制指令經(jīng)過控制信號(hào)隔離電路12后，可實(shí)現(xiàn)和輸入到開 關(guān)電路15的控制指令的完全電氣隔離；被開關(guān)電路采集的模擬信號(hào)經(jīng)過線性光耦隔離電 路13后，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路15輸出的模擬信號(hào)和進(jìn)入控制器11的數(shù)字化的信號(hào)之間完全電氣 隔離；基于供電電路14，各個(gè)電路的輸入輸出端的電源信號(hào)也實(shí)現(xiàn)了完全電氣隔離。其中，控制器11具體的可以由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例提供的車載電氣隔離測(cè)量電路，基于連接于車載微機(jī)和開關(guān)電路之間的 供電電路、線性光耦隔離電路和控制信號(hào)隔離電路，實(shí)現(xiàn)車載微機(jī)在測(cè)量被測(cè)模擬信號(hào)時(shí)， 高電壓、大電流信號(hào)與車載微機(jī)之間的電氣隔離，避免車載微機(jī)因高電壓、大電流信號(hào)串入 而被燒毀。進(jìn)一步，為了平衡模數(shù)轉(zhuǎn)換器16的轉(zhuǎn)換速度和控制器11的讀取速度，在模數(shù)轉(zhuǎn)換 器16和控制器11之間可設(shè)有一緩存器17，模數(shù)轉(zhuǎn)換器16的輸出先送入緩存器17，然后由 控制器11從緩存器17中讀取數(shù)字化的信號(hào)。實(shí)施例二基于實(shí)施例一，本實(shí)施例提供了實(shí)現(xiàn)線性光耦隔離電路的具體實(shí)現(xiàn)方式，本實(shí)施 例中的線性光電光耦合器包括發(fā)光二極管、反饋?zhàn)訂卧洼敵鲎訂卧?，其中，發(fā)光二極管為 光的發(fā)射部分，反饋?zhàn)訂卧獮橛糜诜答伒墓饨邮茈娐?，輸出子單元為放大輸出的光接受?路，其中兩個(gè)光接受電路能接受近似相等的光，具體可以由光敏二極管或者光敏三極管實(shí) 現(xiàn)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的線性光電耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的線性 光耦隔離電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，在本實(shí)施例中，兩個(gè)光接受電路均以光敏二極管為 例。
如圖2所示，發(fā)光二極管21具有腳1和腳2，其中腳1為發(fā)光二極管21的正極，腳 2為發(fā)光二極管21的負(fù)極；光敏二極管22具有腳3和腳4，其中腳3為光敏二極管22的正 極，腳4為光敏二極管22的負(fù)極；光敏二極管23具有腳5和腳6，其中腳5為光敏二極管 23的正極，腳6為光敏二極管23的負(fù)極?；趫D2所示的線性光電耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例提供的線性光耦隔離電路 如圖3所示，包括第一子電路300和輸出電路301。其中，第一子電路300包括第一降壓 電阻31、第一運(yùn)算放大器32、第一電流放大電路33、第一線性光電耦合器34(其結(jié)構(gòu)如圖2 所示)；輸出電路301包括第三運(yùn)算放大器35和并聯(lián)于第三運(yùn)算放大器35的反相輸入端 和輸出端之間的輸出電阻36和輸出電容37。第一降壓電阻31的另一端為線性光耦隔離電 路的輸入端口 VIN，第三運(yùn)算放大器35的輸出端為線性光耦隔離電路的輸出端V0UT。該第 一子電路300與輸出電路301相結(jié)合，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入端口 VIN接收的正模擬信號(hào)(以電 壓形式體現(xiàn))的電氣隔離。具體的，第一降壓電阻31與第一運(yùn)算放大器32的反相輸入端連接，其同相輸入端 接地COM，其輸出端與第一電流放大電路33連接；第一電流放大電路33的輸出端與發(fā)光二 極管21的腳1連接，以向發(fā)光二極管21提供驅(qū)動(dòng)電流，發(fā)光二極管21的腳2和光敏二極 管22的腳3接地COM，光敏二極管22的腳4連接于第一運(yùn)算放大器32的反相輸入端，用 于向第一運(yùn)算放大器32反饋信號(hào)；光敏二極管23的腳5接地GND，其腳6與第三運(yùn)算放大 器35的反相輸入端連接。其中，第一運(yùn)算放大器的電源為V2，第三運(yùn)算放大器35的電源為 VI。其中電源V2和地COM是由供電電路14(如圖1所示)的輸出提供，且基于實(shí)施例一， 在本實(shí)施例中電源V2的電壓為-12V和+12V，電源Vl為系統(tǒng)提供的電壓為-12V和+12V的 電源，地GND為隔離端的地，與地COM是獨(dú)立的，由此可知，線性光耦隔離電路的輸入端與輸 出端不共地。本實(shí)施例提供的線性光耦隔離電路，其輸入的電信號(hào)經(jīng)過放大后，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極 管，使之發(fā)出一定波長的光，被光接收器接收而產(chǎn)生光電流，一路進(jìn)行反饋，另一路經(jīng)進(jìn)一 步放大后輸出，實(shí)現(xiàn)了電-光-電的轉(zhuǎn)換，起到輸入輸出之間隔離的作用；同時(shí)，反饋回路的 非線性特性與輸出回路的非線性特性相抵消，實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的，可以同時(shí)隔離直流信 號(hào)和交流信號(hào)，克服了傳統(tǒng)變壓器隔離方式無法隔離直流信號(hào)的缺陷。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供的線性光耦隔離電路還包括第二子電路 302，該第二子電路302與輸出電路301結(jié)合，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入端口接收的負(fù)模擬信號(hào)(以 負(fù)電壓形式體現(xiàn))電氣隔離，該第二子電路包括第二降壓電阻38、第二運(yùn)算放大器39、第 二電流放大電路40和第二線性光電耦合器41 (其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示)。具體的，第二降壓電阻38與第二運(yùn)算放大器39的反相輸入端連接，第二運(yùn)算放大 器39的同相輸入端接地COM，其輸出端與第二電流放大電路40的輸入端連接；第二電流放 大電路40的輸出端與第二線性光電耦合器41的發(fā)光二極管的腳1連接，以提供電流信號(hào) 驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)光；第二線性光電耦合器41中用于反饋的光敏二極管的腳3連接于第二 運(yùn)算放大器39的反相輸入端，腳4與地COM連接；第二線性光電耦合器41中用于輸出的光 敏二極管的腳5與第三運(yùn)算放大器35的反相輸入端連接，其腳6與地GND連接。其中，由 于線性光電耦合器具有單向傳輸信號(hào)的特點(diǎn)，因此當(dāng)輸入端口接收的信號(hào)的極性相反時(shí)， 線性光電耦合器的與其外圍電路的連接方式有所不同，例如本實(shí)施例中第一線性光電耦合器34和第二線性光電耦合器41中用于反饋的光敏二極管與外圍電路的連接方式相反。該第二子電路302和輸出電路301結(jié)合的作原理，與第一子電路300和輸出電路 301結(jié)合的工作原理相似，差別僅在于輸入信號(hào)的極性不同，導(dǎo)致信號(hào)流向不同，故在此不 再贅述。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，通過提供第二子電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極性信號(hào) 的電氣隔離，進(jìn)一步滿足實(shí)際需求?；趩我浑娐穼?shí)現(xiàn)車載微機(jī)對(duì)總線信號(hào)測(cè)試過程中，不 同極性信號(hào)與車載微機(jī)之間的電氣隔離，極大地方便了測(cè)試過程，提高了工作效率。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，其中第一電流放大電路33可以由一PNP三極管附加外 圍電路實(shí)現(xiàn)；具體的，PNP三極管的基極連接有第一電阻和第二電阻，第一電阻的另一端連 接于第一運(yùn)算放大器32的(如圖3所示)輸出端；PNP三極管發(fā)射極連接的第三電阻，第 二電阻與第三電阻的另一端分別與電源V2連接；PNP三極管的集電極作為第一電流放大電 路33的輸出端，與第一線性光電耦合器34的發(fā)光二極管的腳1連接。其中，第二電流放大電路40可以由一 NPN三極管附加外圍電路實(shí)現(xiàn)，具體的，NPN 三極管的基極連接有第四電阻和第五電阻，第四電阻的另一端連接于第二運(yùn)算放大器39 的輸出端；NPN三極管的集電極連接有第六電阻，第五電阻和第六電阻的另一端與電源V2 連接；NPN三極管的發(fā)射極作為第二電流放大電路40的輸出端，與第二線性光電耦合器41 的發(fā)光二極管的腳1連接。上述電流放大電路通過不同型號(hào)的三極管實(shí)現(xiàn)對(duì)不同極性信號(hào)的放大，且上述放 大電路的實(shí)現(xiàn)方式簡單易行。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，輸出電路301的輸出電阻36之后還串接有一可變電 阻，具體為滑動(dòng)變阻器361 (如圖3所示)，該滑動(dòng)變阻器361其微調(diào)作用，用于補(bǔ)償電路本 身造成的輸出電阻36與第一降壓電阻31或者第二降壓電阻38的誤差，進(jìn)一步可以保證電 氣隔離的線性度。同時(shí)，上述技術(shù)方案中，在發(fā)光二極管的旁路串接有一二極管，與發(fā)光二極管構(gòu)成 回路，對(duì)發(fā)光二極管起保護(hù)作用，進(jìn)而保護(hù)整個(gè)線性光電耦合器。實(shí)施例三圖4為本發(fā)明實(shí)施例三的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本實(shí)施例提供的開關(guān) 電路為一 8路模擬開關(guān)電路，是一多路復(fù)用開關(guān)，包括8路輸入Sl S8、一路輸出DOUT和 三個(gè)選通端AO A2。具體的8路輸入Sl S8與車載系統(tǒng)的總線連接，用于采集模擬信 號(hào)，其輸出DOUT與線性光耦隔離電路的輸入端口 VIN (如圖3所示)連接，選通端AO A2 與控制信號(hào)隔離電路的輸出端連接，用于接收控制指令。具體工作原理詳見實(shí)施例一，在此 不再贅述。本實(shí)施例提供了一種開關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)方式，但并不限于此，隨著集成電路的發(fā)展， 集成開關(guān)電路的型號(hào)和樣式越來越多，根據(jù)實(shí)際需求可以自行選擇，例如，本實(shí)施例使用的 開關(guān)電路為AD508。實(shí)施例四基于實(shí)施例一，本實(shí)施例提供一種供電電路的實(shí)現(xiàn)方式，其中圖5為本發(fā)明實(shí)施 例四的供電電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例提供的供電電路由一電源轉(zhuǎn)換模塊附 加外圍電路實(shí)現(xiàn)。該電源轉(zhuǎn)換模塊具體包括第一輸入端口 VII、第二輸入端口 VI2，第一輸出端口 V01、第二輸出端口 V02和第三輸出端口 V03。其中第一輸入端口 VIl和第二輸入端 口 VI2之間連接有第一電容Cl和第三極性電容C13 ；第一輸出端口 VOl與第二輸出端口之 間并聯(lián)有第二電容C2與第一極性電容C11，第一極性電容Cll的正極與第一輸出端口 VOl 連接，第一極性電容Cll的負(fù)極與第二輸出端口 V02連接；第二輸出端口 V02與第三輸出端 口 V03之間并聯(lián)有第三電容C3與第二極性電容C12，第二極性電容C12的正極與第二輸出 端口 V02連接，第二極性電容C12的負(fù)極與第三輸出端口 V03連接。
具體的，第一輸入端口 VI1與隔離端的電源VCC連接，在本實(shí)施例中，電源VCC為 系統(tǒng)提供的+5V電壓，第二輸入端口 VI2與隔離端的地GND連接；第一輸出端口 VOl和第三 輸出端口 V03用于向被隔離端和介于隔離端和被隔離端之間的電路提供電源V2(如圖3、 圖4所示)，第二輸出端口 V02用于向被隔離端和介于隔離端和被隔離端之間的電路提供地 COM(如圖3、圖4所示)。本實(shí)施例提供的供電電路可以將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+12V和-12V電 壓信號(hào)，以提供外部電路電源。實(shí)施例五基于實(shí)施例一，本實(shí)施例提供一種控制信號(hào)隔離電路的實(shí)現(xiàn)方式，其中，圖6為本 發(fā)明實(shí)施例五的控制信號(hào)隔離電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，本實(shí)施例提供的控制信號(hào)隔 離電路由光電耦合器實(shí)現(xiàn)，光電耦合器包括發(fā)光部和輸出部，基于實(shí)施例三提供的8路模 擬開關(guān)電路，本實(shí)施例控制信號(hào)隔離電路包括三個(gè)光電耦合器為601 603。具體的，以光 電耦合器601為例進(jìn)行說明。光電耦合器601包括腳11、腳12、腳13和腳14。腳11通過一電阻611與電源連 接，腳12與控制器的一控制端口連接，腳11與腳12分別為發(fā)光二極管的輸入端和輸出端， 用于接收電信號(hào)，被驅(qū)動(dòng)發(fā)光。腳13通過一電阻613與電源V2連接，同時(shí)與開關(guān)電路的一 個(gè)選通端AO (如圖4所示)連接，以控制開關(guān)電路某一路的通斷；腳14與地COM連接，以形 成回路，其中腳13和腳14分別為光電耦合器601的受光電路的輸入端和輸出端。光電耦 合器602的輸出部的輸出端與開關(guān)電路的選通端Al (如圖4所示)連接，光電耦合器603 的輸出端與開關(guān)電路的選通端A2(如圖4所示)連接，用于向開關(guān)電路提供電氣隔離后的 控制信號(hào)。通過本實(shí)施例提供的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與車載微機(jī)之間的電氣隔離， 基于光電耦合器的良好特性和抗干擾性能，該實(shí)施例是一種較佳實(shí)現(xiàn)方式。基于上述各實(shí)施例，下面將提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選器件或電路，并對(duì)選 擇的器件或電路的特點(diǎn)進(jìn)行簡單介紹。其中，控制器具體可以由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，上述各實(shí)施例中的控制器，例如，可以采用 Atmel公司的型號(hào)為T89C51CC01的8位單片機(jī)，該單片機(jī)為具有80C51內(nèi)核結(jié)構(gòu)的8位單 片機(jī)，其工作頻率為40MHz，晶振頻率為16MHz。該單片機(jī)集成有256字節(jié)的隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器(Random Access Memory ；簡稱為RAM)，IK字節(jié)的片內(nèi)擴(kuò)展隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(On-Chip Expanded RAM ；簡稱為XRAM)，32K字節(jié)的片內(nèi)閃存(FLASH)，2K字節(jié)的電可擦可編程只讀 存儲(chǔ)器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ；簡稱為E2PR0M)，內(nèi) 置21位看門狗定時(shí)器，10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，3個(gè)16為定時(shí)計(jì)數(shù)器，是符合CAN2. OA、CAN2. OB 標(biāo)準(zhǔn)的控制器。進(jìn)一步，為使上述單片機(jī)電路能夠更穩(wěn)定的工作，本實(shí)施例還提供了一種電源復(fù)位電路，用于監(jiān)控單片機(jī)的工作電壓，具體采用集成芯片MAX812L，其可以在單片機(jī)的工作 電壓低于4. 63V或者在上電時(shí)，電源電壓上升到4. 63V后的140 560ms內(nèi)，產(chǎn)生一個(gè)高電 平有效復(fù)位信號(hào)，以保證單片機(jī)正常工作所需的電壓。其中，CAN總線接口是控制器與車載系統(tǒng)中物理總線之間的接口，例如，可以采用 TJA1050T，其具有以下特征符合IS011898標(biāo)準(zhǔn)，最高速度可達(dá)IMb/s，電磁輻射極低，電磁 抗干擾性極高，輸入級(jí)能夠兼容3. 3V以及5V以上器件，不上電的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)總線造成擾 動(dòng)，輸出驅(qū)動(dòng)器受到溫度保護(hù)，可以連接110多個(gè)節(jié)點(diǎn)。而實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如，可以采用12位模數(shù)轉(zhuǎn)換 器AD7892，其具有如下特點(diǎn)其輸入范圍為0 +IOV或者0 -10V，輸入有過壓保護(hù)，轉(zhuǎn)換 時(shí)間為1.47US，單電源供電，具有串行和并行兩種數(shù)據(jù)輸出接口，在本實(shí)施以并行方式將轉(zhuǎn) 換后的數(shù)據(jù)提供給控制器。其輸入電壓的范圍要與線性光耦隔離電路的輸出電壓相適應(yīng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序 在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，包括控制器，通過控制信號(hào)隔離電路，與開關(guān)電路連接；所述控制器發(fā)出的控制所述開關(guān)電 路通斷的控制指令，經(jīng)過所述控制信號(hào)隔離電路進(jìn)行電氣隔離后，被送入所述開關(guān)電路；所述開關(guān)電路的輸出端與一線性光耦隔離電路的輸入端口連接，所述線性光耦隔離電 路的輸出端與一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述控制器連接；由所述開關(guān)電路采 集的車載系統(tǒng)的模擬信號(hào)經(jīng)過所述線性光耦隔離電路進(jìn)行電氣隔離，以及所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被送入所述控制器以進(jìn)行測(cè)量處理；供電電路，與所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路連接，以 向所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述線性光耦隔離電 路包括對(duì)所述輸入端口接收的正電壓信號(hào)進(jìn)行電氣隔離的第一子電路和輸出電路；所述 第一子電路包括連接于所述輸入端口的第一降壓電阻、與所述第一降壓電阻連接的第一 運(yùn)算放大器、用于放大所述第一運(yùn)算放大器的輸出的第一電流放大電路、第一線性光電耦 合器；所述第一線性光電耦合器包括與所述第一電流放大電路的輸出端連接的發(fā)光二極 管、與所述第一運(yùn)算放大器連接的反饋?zhàn)訂卧团c所述輸出電路連接的輸出子單元；所述 輸出電路包括第三運(yùn)算放大器和并聯(lián)于所述第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端的輸 出電阻和輸出電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述線性光耦隔離電 路還包括對(duì)所述輸入端口接收的負(fù)電壓信號(hào)進(jìn)行電氣隔離的第二子電路；所述第二子電 路包括連接于所述輸入端口的第二降壓電阻、與所述第二降壓電阻連接的第二運(yùn)算放大 器、連接于所述第二運(yùn)算放大器的輸出端的第二電流放大電路以及第二線性光電耦合器； 所述第二線性光電耦合器的發(fā)光二極管與所述第二電流放大電路連接，所述第二線性光電 耦合器的反饋?zhàn)訂卧c所述第二運(yùn)算放大器連接，所述第二線性光電耦合器的輸出子單元 與所述輸出電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述第一電流放大電 路由一PNP三極管構(gòu)成；所述PNP三極管的基極連接有第一電阻和第二電阻，所述第一電阻 的另一端連接于所述第一運(yùn)算放大器輸出端；所述PNP三極管發(fā)射極連接有第三電阻，所 述第二電阻與所述第三電阻的另一端與電源連接；所述PNP三極管的集電極與所述第一線 性光電耦合器的發(fā)光二極管連接；所述第二電流放大電路由一 NPN三極管構(gòu)成；所述NPN三極管的基極連接有第四電阻 和第五電阻，所述第四電阻的另一端連接于所述第二運(yùn)算放大器的輸出端；所述NPN三極 管的集電極連接有第六電阻，所述第五電阻和所述第六電阻的另一端與所述電源連接；所 述NPN三極管的發(fā)射極與所述第二線性光電耦合器的發(fā)光二極管連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述輸出電阻串接有 一可變電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述第一線性光電耦 合器的反饋?zhàn)訂卧洼敵鲎訂卧獮楣饷舳O管或光敏三極管；所述第二線性光電耦合器的反饋?zhàn)訂卧洼敵鲎訂卧獮楣饷舳O管或光敏三極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述控制信號(hào)隔離電路為光電耦合器，所述光電耦合器的輸入端與所述控制器連接，所述光電耦合器的輸出端 與所述開關(guān)電路的控制端口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述供電電路為一電 源轉(zhuǎn)換模塊，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端口與第二輸入端口之間連接有第一電容；所 述電源轉(zhuǎn)換模塊的第一輸出端口與第二輸出端口之間并聯(lián)有第二電容與第一極性電容，所 述第一極性電容的正極與所述第一輸出端口連接，所述第一極性電容的負(fù)極與所述第二輸 出端口連接；所述第二輸出端口與所述電源轉(zhuǎn)換模塊的第三輸出端口之間并聯(lián)有第三電容 與第二極性電容，所述第二極性電容的正極與所述第二輸出端口連接，所述第二極性電容 的負(fù)極與所述第三輸出端口連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述開關(guān)電路為8路模 擬開關(guān)電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載電氣隔離測(cè)量電路，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所 述控制器之間連接有一緩存器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車載電氣隔離測(cè)量電路，該電路包括控制器，通過控制信號(hào)隔離電路，與開關(guān)電路連接；所述開關(guān)電路的輸出端與一線性光耦隔離電路的輸入端口連接，所述線性光耦隔離電路的輸出端與一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述控制器連接；供電電路，與所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路連接，以向所述開關(guān)電路、所述線性光耦隔離電路和所述控制信號(hào)隔離電路提供電源。本發(fā)明提供的車載電氣隔離測(cè)量電路，通過線性光耦隔離電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的模擬量和車載微機(jī)之間的電氣隔離，同時(shí)，通過供電電路和控制信號(hào)隔離電路，隔離電源信號(hào)和控制信號(hào)，徹底解決了因高電壓、大電流的串入而損壞車載微機(jī)的問題。
文檔編號(hào)G01R15/22GK102062799SQ20091022374
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者李狀, 羅意銘 申請(qǐng)人:中國北車集團(tuán)大連機(jī)車研究所有限公司