專利名稱：一種輸入無(wú)源的線性光電隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)儀器儀表、傳感器傳輸及變換、控制系統(tǒng)、電力設(shè)備和醫(yī)療
儀器的輸入和輸出進(jìn)行安全隔離的線性光電隔離器。
背景技術(shù)：
工業(yè)上普遍需要測(cè)量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，但在電路轉(zhuǎn) 輸中，必須將非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)模擬量才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備 上，再采用隔離器將信號(hào)分離到控制系統(tǒng)的地或測(cè)量系統(tǒng)的地；使傳感器、儀表或控制系統(tǒng) 與電源之間相互隔離，以保證整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠及穩(wěn)定地工作。工業(yè)上最廣泛采用的是用 4 20mA電流來(lái)傳輸模擬量，具體有如下兩種傳輸方式 —種是采用磁隔離方式進(jìn)行隔離，其不足之處是輸入和輸出信號(hào)頻率響應(yīng)慢、帶 負(fù)載能力差、隔離耐壓低。 另一種是采用有源線性光電隔離方式進(jìn)行隔離，其不足之處是，它需要給輸入和 輸出部分分別供電，供電電源容易對(duì)隔離器的輸入部分產(chǎn)生干擾，從而影響隔離器的性能， 并降低其隔離耐壓。

發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型提出一種輸入無(wú)源的線性光電隔
離器，它分為輸入和輸出兩部分，其輸入部分由取樣電阻、穩(wěn)壓元器件、信號(hào)放大器和線性
光電隔離元件等組成，它充分利用了線性光電隔離元件本身的高耐壓特性，又不需要給輸
入端提供額外的輔助電源，從而避免了輔助電源對(duì)隔離器造成的干擾、減少了故障點(diǎn)，同時(shí)
本實(shí)用新型的輸入和輸出信號(hào)頻率響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、隔離耐壓高。使用時(shí)，只需在本
實(shí)用新型的輸入端接入2-40mA的直流電流，便能輸出不同的電流或電壓隔離信號(hào)，廣泛滿
足各種工業(yè)控制需要，完全適用于工業(yè)上最常用的4 20mA電流傳輸方式。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案是一種輸入無(wú)源的線性光電隔
離器，它分為輸入和輸出兩部分，其輸入部分由取樣電阻、穩(wěn)壓元器件、信號(hào)放大器和線性
光電隔離元件等組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在輸入部分的正端連接穩(wěn)壓二極管和電壓基準(zhǔn)源，通
過(guò)該穩(wěn)壓二極管給電壓基準(zhǔn)源供電，該電壓基準(zhǔn)源又分別連接線性光電耦合器和運(yùn)算放大
器，電壓基準(zhǔn)源同時(shí)給線性光電耦合器和運(yùn)算放大器供電，在輸入部分的負(fù)端并聯(lián)兩個(gè)阻
值不大于10歐姆的取樣電阻，取樣電阻產(chǎn)生的取樣信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器和電容組成的積
分電路來(lái)控制三極管導(dǎo)通電阻的大小，通過(guò)三極管導(dǎo)通電阻大小來(lái)調(diào)整線性光耦的第1、2
腳的發(fā)射電流，該發(fā)射電流被線性光耦的第3、4腳和第5、6腳同時(shí)按相應(yīng)比例進(jìn)行接收和
放大，線性光耦的第3、4腳連接運(yùn)算放大器，該線性光耦的第3、4腳接收的電流閉環(huán)反饋到
運(yùn)算放大器，以恒定線性光耦的第1、2腳的發(fā)射電流；線性光耦的第5、6腳連接輸出部分的
電阻、電容和運(yùn)算放大器，構(gòu)成輸出端的電流放大電路。 上述輸入無(wú)源的線性光電隔離器，其輸入部分不使用輔助電源。
3[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型在輸入端連接有穩(wěn) 壓二極管和電壓基準(zhǔn)源IC1，能夠始終為后續(xù)電路提供基準(zhǔn)電壓，該電路替代了現(xiàn)有技術(shù)在 輸入端額外采用的輔助電源，從而實(shí)現(xiàn)了輸入無(wú)源結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型設(shè)置的兩個(gè)并聯(lián)的取 樣電阻均采用低阻值電阻，兩個(gè)電阻的阻值均不大于10歐姆，有效的減少了電路中的干擾 信號(hào)，其采樣精度更高，適用范圍更廣，同時(shí)能耗更低。本實(shí)用新型線性光耦I(lǐng)C2的3、4腳 接收的電流能夠閉環(huán)反饋到運(yùn)算放大器，其有益效果是可以始終快速恒定線性光耦I(lǐng)C2的 1、2腳的發(fā)射電流，從而加快了線性光耦的響應(yīng)時(shí)間，提高了輸出電流的穩(wěn)定性和輸入/輸 出的線性度，本實(shí)用新型能將輸入/輸出全范圍的線形度控制在千分之二以內(nèi)。同時(shí)，由于 本實(shí)用新型的線性光電耦合器不需要連接外界的輔助輸入電源，能充分發(fā)揮線性光電隔離 元件自身的隔離耐壓，其隔離耐壓性能比現(xiàn)有技術(shù)有大幅度提高。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式如圖l所示，本實(shí)用新型的第一種具體實(shí)施方式
為一種輸入無(wú)源的線性光電隔 離器，它分為輸入INPUT和輸出OUTPUT兩部分，在輸入部分INPUT的正端1+和I-之間連 接雙瞬態(tài)抑制二極管D1，以防止輸入電流瞬變；正端I+連接穩(wěn)壓二極管D2和電壓基準(zhǔn)源 IC1，通過(guò)穩(wěn)壓二極管D2給電壓基準(zhǔn)源IC1供電，電壓基準(zhǔn)源IC1又分別連接線性光電耦合 器IC2和運(yùn)算放大器IC3，電壓基準(zhǔn)源IC1同時(shí)給線性光電耦合器IC2和運(yùn)算放大器IC3供 電，在輸入部分INPUT的負(fù)端I-連接取樣電阻R5和R6，取樣電阻R5和R6并聯(lián)，R5和R6 的阻值均為10歐姆，取樣電阻R5和R6兩頭分別連接電阻R4、R7，將取樣信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大 器IC3和電容C5組成的積分電路來(lái)控制三極管VT1導(dǎo)通電阻的大小，通過(guò)三極管VT1導(dǎo)通 電阻大小來(lái)調(diào)整線性光耦I(lǐng)C2的1、2腳的發(fā)射電流，該發(fā)射電流被線性光耦I(lǐng)C2的3、4腳 和5、6腳同時(shí)按相應(yīng)比例進(jìn)行接收和放大，線性光耦I(lǐng)C2的3、4腳連接運(yùn)算放大器IC3，該 線性光耦I(lǐng)C2的3、4腳接收的電流閉環(huán)反饋到運(yùn)算放大器IC3，以恒定線性光耦I(lǐng)C2的1、2 腳的發(fā)射電流。 在輸出部分OUTPUT :由用戶提供穩(wěn)定的輔助電源+24VDC，經(jīng)電解電容C3、電容C2 濾波，為運(yùn)算放大器IC4和電壓轉(zhuǎn)電流模塊U1供電，線性光耦I(lǐng)C2的5、6腳連接輸出部分 OUTPUT的電阻R2、電容C4、運(yùn)算放大器IC4，構(gòu)成輸出端的電流放大電路。放大倍數(shù)由電阻 R2的阻值大小決定；電阻R3和電位器RP1形成分壓后連接電壓轉(zhuǎn)電流模塊Ul，可以將輸出 信號(hào)任意調(diào)整為所需的電壓或電流信號(hào)。比如實(shí)現(xiàn)電壓0-10V或電流2-40mA范圍的輸出。 由于本實(shí)用新型采用輸入直流電流2-40mA，不需要輔助電源，這便充分發(fā)揮了線 性光電隔離元件自身的隔離耐壓，信號(hào)輸入/輸出之間隔離耐壓能達(dá)到5kV rms/1 min Rating ;信號(hào)輸入到輸出的響應(yīng)速度可達(dá)到20kHz ;輸入取樣電阻不大于10歐姆；本隔離 器精度等級(jí)有0. 1級(jí)、0. 2級(jí)；全量程范圍線性度小于0. 2%。
權(quán)利要求一種輸入無(wú)源的線性光電隔離器，分為輸入和輸出兩部分，其輸入部分由取樣電阻、穩(wěn)壓元器件、信號(hào)放大器和線性光電隔離元件等組成，其特征在于在輸入部分(INPUT)的正端(I+)連接穩(wěn)壓二極管(D2)和電壓基準(zhǔn)源(IC1)，通過(guò)穩(wěn)壓二極管(D2)給電壓基準(zhǔn)源(IC1)供電，電壓基準(zhǔn)源(IC1)又分別連接線性光電耦合器(IC2)和運(yùn)算放大器(IC3)，電壓基準(zhǔn)源(IC1)同時(shí)給線性光電耦合器(IC2)和運(yùn)算放大器(IC3)供電，在輸入部分(INPUT)的負(fù)端(I-)并聯(lián)兩個(gè)阻值均不大于10歐姆的取樣電阻(R5、R6)，取樣電阻(R5、R6)產(chǎn)生的取樣信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器(IC3)和電容(C5)組成的積分電路來(lái)控制三極管(VT1)導(dǎo)通電阻的大小，通過(guò)三極管(VT1)導(dǎo)通電阻大小來(lái)調(diào)整線性光耦(IC2)第1、2腳的發(fā)射電流，該發(fā)射電流被線性光耦(IC2)的第3、4腳和第5、6腳同時(shí)按相應(yīng)比例進(jìn)行接收和放大，線性光耦(IC2)的第3、4腳連接運(yùn)算放大器(IC3)，線性光耦(IC2)的第3、4腳接收的電流閉環(huán)反饋到運(yùn)算放大器(IC3)，以恒定線性光耦(IC2)第1、2腳的發(fā)射電流；線性光耦(IC2)的第5、6腳連接輸出部分的電阻(R2)、電容(C4)和運(yùn)算放大器(IC4)，構(gòu)成輸出部分(OUTPUT)的電流放大電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種輸入無(wú)源的線性光電隔離器，其特征在于輸入部分 (INPUT)不使用輔助電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輸入無(wú)源的線性光電隔離器，它分為輸入和輸出兩部分，其輸入部分由取樣電阻、穩(wěn)壓元器件、信號(hào)放大器和線性光電隔離元件等組成，它充分利用了線性光電隔離元件本身的高耐壓特性，又不需要給輸入端提供額外的輔助電源，從而避免了輔助電源對(duì)隔離器造成的干擾、減少了故障點(diǎn)，同時(shí)本實(shí)用新型的輸入和輸出信號(hào)頻率響應(yīng)快、帶負(fù)載能力強(qiáng)、隔離耐壓高。使用時(shí)，只需在本實(shí)用新型的輸入端接入2-40mA的直流電流，便能輸出不同的電流或電壓隔離信號(hào)，廣泛滿足各種工業(yè)控制需要，完全適用于工業(yè)上最常用的4～20mA電流傳輸方式。
文檔編號(hào)G08C19/00GK201549065SQ200920243528
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者羅軍 申請(qǐng)人:成都瑞聯(lián)電氣股份有限公司