专利名称：回路供电磁功率补偿电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电源隔离器的控制电路，具体涉及一种回路供电磁功 率补偿电路。
技术背景作为工业现场与控制室仪表之间的信号隔离变送器设备，信号隔离器和安 全栅一直发挥着重要的作用，是工业控制系统中重要的组成部分。工业生产中 为增加仪表负载能力并保证连接同 一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全 性能，需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算和进 行抗千扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表使用。隔 离器和安全栅一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。其中，隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。目前隔离技 术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合，反馈调制耦 合等多种形式，具体采用什么形式要^f艮据产品的技术指标而定，总的来讲可以 大致分为开关量信号采用光隔离，模拟量信号采用^i隔离的方式。从技术复杂 程度来看，磁隔离比光隔离处理技术复杂，采用磁隔离技术，设计者可以根据 技术指标采用合适的设计方案，隔离的线性、精度可以根据产品要求灵活控制。 而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标，设计人员可以调整 的方式很少，也不可能超过厂家提供的技术指标，由于功耗大，光电隔离也不 能实现无源隔离，在现有的隔离器和安全栅产品中，没有釆用回路供电参数式 功率补偿电路，隔离器和安全栅的非线性将随负载增加而增加，每100欧姆负 载非线性将增加大概1/1000,通常情况下负载为250欧姆~ 550欧姆，非线性误差将非常大。 发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种可靠性高、效率高的回路供电磁 功率补偿电路。为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是，提供一种回路供电磁 功率补偿电路，包括电源电路、电流取样反馈电路、电压取样反馈电路、反馈补偿电路、电流取样电路，所述电流:f又样电路与外部直流电源、外部振荡电路 串联连接，其中电流取样电路连接在外部直流电源的负端和外部振荡电路之间； 其中，所述电流取样反馈电路的一个输入端连接在外部直流电源的正端与 外部振荡电路的连接节点上，电流取样反馈电路的另一个输入端连接在电流取 样电路与外部振荡电路的连接节点上，电流取样反馈电路的输出端连接反馈补 偿电路的第一输入端；所述电流取样反馈电路根据流过等效负载Rf的电流If 大小，产生随流过等效负载Rf的电流If大小变化的电压，输出到反馈补偿电 路；所述电压取样反馈电路的 一个输入端连接在外部直流电源的正端与外部振 荡电路的连接节点上，电压取样反馈电路的另一个输入端接地，电压取样反馈 电路的输出端连接反馈补偿电路的第二输入端；所述电压取样反馈电路根据随 等效负载Rf大小，产生随等效负载Rf大小变化的电压，输出到反馈补偿电路；所述反馈补偿电路连接在外部直流电源的正端与外部振荡电路的连接节点 上，反馈补偿电路的另 一端接地，同时所述反馈补偿电路的第 一输入端连接电 流取样反馈电路的输出端，第二输入端连接电压取样反馈电路的输出端和工作 电流控制电路的输出端；所述反馈^卜偿电路根据电流取样反馈电路产生的电压和电压取样反馈电路产生的电压的差值，产生补偿电流Ic,对流过等效负载Rf 上的电流进行补偿，保证控制精度；所述工作电流控制电路连接在反馈补偿电路的第二输入端和地之间，同时 工作电流控制电路的控制端与电源电路的负端连接；工作电流控制电路的作用 是当外部供电电压E发生变化或者是温度、反馈补偿电路的工作电流发生变化 时，控制补偿电流的大小，进一步提高控制精度等级；所述电源电路的正端与外部直流电源的正端连接，将外部直流电源电压转 换成反馈补偿电路所需的工作电压。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，在电流取样 电路和外部振荡电路之间还连接有过流保护电路。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，所述反馈补 偿电5^包括三极管Q1、运算;^文大器U1A、电阻R1 R5，所述运算放大器U1A的 同相输入端通过电阻R4连接到电流取样反馈电路的输出端，运算放大器U1A的 反相输入端通过电阻R5连接到电压取样反馈电路的输出端，所述运算放大器U1A 由电源电路供电；所述三极管Ql的发射极通过电阻Rl接地，同时通过电阻R3 接运算放大器U1A的反相输入端，三极管Ql的集电极连接外部直流电源的正端， 三极管Ql的基极通过电阻R2接运算放大器U1A的输出端。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，所述工作电 流控制电路包括电阻R6、 R7,所述电阻R6、 R7串联连接，串联后一端接地，另 一端连接反馈补偿电路的第二输入端，电阻R6、 R7的连接节点连接到电源电路 的负端。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，所述电压取样反々贵电路由电阻R10、可调电阻W2构成，所述电阻RIO与可调电阻W2串联连 接在外部直流电源的正端与地之间，电阻R10与可调电阻W2的连接节点连接到 反馈放大电i 各的第二输入端。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，所述电流取 样反馈电路包括可调恒流源IC1和可调电阻Wl,所述可调恒流源IC1和可调电 阻W1串联连接，其中可调恒流源IC1的输入端连接到外部电源E的正端，可调 恒流源IC1的输出端连接可调电阻Wl，并且它们的连接节点与反馈补偿电路的 第一输入端连接，可调电阻W1的另一端连接到过流保护电路和电流取样电路的 连接节点上。根据本发明所述的回路供电磁功率补偿电路的一种优选方案，所述过流保 护电路包括运算放大器U1B、场效应三极管Q2、电阻R12、 R13,所述运算放大 器U1B的同相输入端通过电阻R12连接到电源电3各的正端，并通过电阻R13连 接到电源电路的负端，所述运算放大器U1B的反相输入端通过电流取样电路6 连接到地，所述运算放大器U1B的输出端与场效应三极管Q2的栅极连接，场效 应三极管Q2的源极连接到运算放大器U1B的反相输入端，场效应三极管Q2的 漏极连接外部振荡电路。本发明所述的一种回路供电参数式功率补偿电路的有益效果是，由于采用 电流取样反馈电路、电压取样反馈电路和反馈补偿电路，能够对负载变化引起 电压变化以及电流变化进行回路电流补偿，同时由于采用工作电流控制电路， 能够在外部供电电压、温度、运算放大器的工作电流发生变化时进行补偿，因 此具有控制精度高，线性好，产品一致性好，生产工艺简单，并且由于采用过 流保护电路，能够在电流超过设定值时断开供电回路，因此具有使用寿命长、可靠性高的特点，可广泛应用于电隔离器和安全栅等工业控制设备、仪器中， 具有良好的应用前景。
图1是本发明所述的回路供电参数式功率补偿电路的原理框图。图2是本发明所述的回路供电参数式功率补偿电路的原理图。图3是本发明所述的回路供电参数式功率补偿电路在两线制回路供电中应用电路图具体实施方式
参见图1，本发明所述的回路供电磁功率补偿电路由电流取样反馈电路1、 电压取样反馈电路2、反馈补偿电路4、工作电流控制电路5、电流取样电路6、 过流保护电路8、电源电路7构成，其中外部直流电源E、外部振荡电路9、过 流保护电路8、电流取样电路6顺序串联连接，电流耳又样电路6连接在外部直流 电源E的负端和过流保护电路8之间；将电流取样反馈电路1的一个输入端连 接在外部直流电源E的正端与外部振荡电路9的连接节点上，电流取样反馈电 路1的另一个输入端连接在电流取样电路6与过流保护电路8的连接节点上， 电流取样反馈电路1的输出端连接反馈补偿电路4的第一输入端；将电压取样 反馈电路2的一个输入端连接在外部直流电源E的正端与外部振荡电路9的连 接节点上，电压取样反馈电路2的另一个输入端接地，电压取样反馈电路2的 输出端连接反馈补偿电路4的第二输入端；将反馈补偿电路4连接在外部直流 电源E的正端与外部振荡电路9的连接节点上，反馈补偿电路4的另一端接地， 同时所述反馈补偿电路4的第一输入端连接电流取样反馈电路1的输出端，第 二输入端连接电压取样反馈电路2的输出端和工作电流控制电路5的输出端；将工作电流控制电路5连接在反馈补偿电路4的第二输入端和地之间，同时工作电流控制电^各5的控制端与电源电路7的负端连接，并将电源电路7的正端 与外部直流电源E的正端连4妄，电源电路7的负端为内部浮动地。其中，电流取样反々贵电路1根据流过等效负载Rf的电流If大小，产生随 流过等效负载Rf的电流If大小变化的电压，输出到反馈补偿电路4;电压取样 反馈电路2根据随等效负载Rf大小，产生随等效负载Rf大小变化的电压，输 出到反馈补偿电路4;所述反馈补偿电路4根据电流取样反馈电路1产生的电压 和电压取样反馈电路2产生的电压的差值，产生补偿电流Ic，对流过等效负载 Rf上的电流进行补偿，同时反馈补偿电路4受工作电流控制电路5的控制，当 外部直流电源E变化或者是温度、反馈补偿电路4的工作电流发生变化时，对 流过负载上的电流进行补偿。参见图2、图3，所述反馈补偿电路4由三极管Ql、运算放大器U1A、电阻 R1 R5、电容C1、 C3构成，所述运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R4连 接到电流取样反馈电路1的输出端，运算放大器U1A的反相输入端通过电阻R5 连接到电压取样反馈电路2的输出端，所述运算放大器U1A由电源电路7供电； 所述三极管Ql的发射极通过电阻Rl接地，同时通过电阻R3接运算放大器U1A 的反相输入端，三极管Ql的集电极连接外部直流电源E的正端，三极管Ql的 基极通过电阻R2接运算放大器U1A的输出端；所述电容Cl连接在运算放大器 U1A的输出端和反相输入端之间，所述电容C3接在运算放大器U1A的同相输入 端和i也之间。所述工作电流控制电路5由电阻R6、 R7、电容C2构成，电阻R6、 R7串联 连接，串联后一端接地，另一端连接反馈补偿电路4的第二输入端，电阻R6、R7的连接节点连接到电源电路7的负端；电容C2连接在电源电路7的负端和地 之间。所述电压取样反馈电路2由电阻RIO、可调电阻W2构成，所述电阻R10与 可调电阻W2串4关连4妄在外部直流电源E的正端与J也之间，电阻Rl 0与可调电阻 W2的连接节点连接到反馈补偿电路4的第二输入端。所述电流耳又样反4责电^各1由可调恒流源IC1、电容C4、可调恒流源设置电 阻R14和可调电阻Wl构成，可调恒流源IC1的输入端连接到外部电源E的正端， 可调恒流源IC1的输出端连接可调电阻Wl,并且它们的连接节点通过电阻R4接 运算放大器U1A的同相输入端，同时可调恒流源IC1的输出端通过电容C4接地， 并通过可调恒流源设置电阻R14连接可调恒流源IC1的调整端，可调电阻W1的 另一端连接到过流保护电路8和电流取样电路6的连接节点上，所述电流取样 电路6由电阻R9、 Rll、可调电阻W3构成，其中可调电阻W1、 W2、 W3均可采用 微调电阻排。所述过流保护电路8由运算放大器U1B、场效应三极管Q2、电阻R12、 R13 构成，所述运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R12连接到电源电路7的正 端，并通过电阻R13连接到电源电路7的负端，所述运算放大器U1B的反相输 入端通过并联连接的取样电阻R9、 Rll、可调电阻W3连接到地，所述运算放大 器U1B的输出端与场效应三极管Q2的栅极连接，场效应三极管Q2的源极连接 到运算放大器U1B的反相输入端，场效应^极管Q2的漏极连接外部振荡电路9。 所述电流取样电路6由并联连接的取样电阻R9、 Rll、可调电阻W3构成。 所述电源电路7由三端稳压器U2、稳压二极管D1、场效应三极管Q3、 Q4、 Q5、电容C5、 C6、 C7、电阻R15 R24构成。所述外部振荡电路9由电容C8 C13、电阻R25、 R26、 二极管D2、 D3、三 极管Q7、 Q6、隔离变压器B构成。所述回路供电磁功率补偿电路的工作原理是流过等效负载Rf的电流If 等于反馈补偿电路4产生的补偿电流Ic加流过串联回路的电流Ib。当等效负载 Rf增大时，由于流过等效负载Rf的电流If是恒定的，在等效负载Rf产生的电 压降增大，外部直流电源E提供给振荡电路9的电压减小，电阻R10和可调电 阻W2的连接节点处的电压降低，运算放大器U1A的输出电流增加，流过三极管 Ql的发射极电流增加，即补偿电流Ic增大，使流过等效负载Rf的电流增加； 同理，当等效负载Rf减小时，等效负载Rf上产生的电压降减小，电阻R10和 可调电阻W2的连接节点处的电压增加，运算放大器U1A的输出电流减小，流过 三极管Ql的发射极电流减小，即补偿电流Ic减小，使流过等效负载Rf的电流 减小。当负载一定时，等效负载Rf—定，等效负载Rf上产生的电压降一定，这 时如果流过串联回路的电流Ib变化时，这个变化的电流通过取样电阻R9、 Rll、 可调电阻W3、产生一个变化的电压，这个变化的电压通过电流取样反馈电路1 作用于运算放大器U1A的同相输入端。如果流过串联回路的电流Ib电流增大， 电流取样反馈电路1的输出电压增大，即运算放大器U1A的同向输入端的电压 增加，运算放大器U1A的输出电流增加，流过三极管Q1发射极的电流增加，即 补偿电流Ic增加，并随着流过等效负载Rf的电流增加而增加补偿量；同理， 如果流过串联回路的电流Ib电流减小，电流取样反馈电路1的输出电压减小， 即运算放大器U1A的同向输入端的电压减小，运算放大器U1A的输出电流减小， 流过三极管Ql发射极的电流减小，即补偿电流Ic减小，并随着流过等效负载Rf的电流减小而减小补偿量。工作电流控制电路5的作用是对电源电路7和运算放大器U1A的工作电流 进行控制；其工作原理是因为外部直流电源E变化或者是温度、运算放大器 UU的工作电流发生变化时；这些变化量应该被补偿；否则会影响控制精度。电 源电3各7和运算力丈大器UIA的工作电流流过R7产生的电压通过电阻R6作用到 运算放大器的反相输入端。当电源电路7和运算放大器U1A总的工作电流增加 时，使运算放大器U1A的反相输入端的电流增加，从而使得补偿电流Ic减小； 反之，当运算放大器U1A的反相输入端的电流减小，从而使得补偿电流Ic增力口； 从而保证流过等效负载Rf的电流If不受电源电路7和运算放大器UIA的工作 电流变化的影响。通过试验发现，利用工作电流电路对工作电流进行补偿的电流的大小主要 由电阻Rl、 R3、 R6、 R7的阻值决定， 一般取R1=R7， R3=R6，控制精度能达到 1/1000,且不受负载变化的影响。
权利要求
1、一种回路供电磁功率补偿电路，包括电源电路(7)、电流取样反馈电路(1)、电压取样反馈电路(2)、反馈补偿电路(4)、电流取样电路(6)，所述电流取样电路(6)与外部直流电源(E)、外部振荡电路(9)串联连接，其中电流取样电路(6)连接在外部直流电源(E)的负端和外部振荡电路(9)之间；其特征在于电流取样反馈电路(1)所述电流取样反馈电路(1)的一个输入端连接在外部直流电源(E)的正端与外部振荡电路(9)的连接节点上，电流取样反馈电路(1)的另一个输入端连接在电流取样电路(6)与外部振荡电路(9)的连接节点上，电流取样反馈电路(1)的输出端连接反馈补偿电路(4)的第一输入端；电压取样反馈电路(2)所述电压取样反馈电路(2)的一个输入端连接在外部直流电源(E)的正端与外部振荡电路(9)的连接节点上，电压取样反馈电路(2)的另一个输入端接地，电压取样反馈电路(2)的输出端连接反馈补偿电路(4)的第二输入端；反馈补偿电路(4)所述反馈补偿电路(4)连接在外部直流电源(E)的正端与外部振荡电路(9)的连接节点上，反馈补偿电路(4)的另一端接地，同时所述反馈补偿电路(4)的第一输入端连接电流取样反馈电路(1)的输出端，第二输入端连接电压取样反馈电路(2)的输出端和工作电流控制电路(5)的输出端；工作电流控制电路(5)工作电流控制电路(5)连接在反馈补偿电路(4)的第二输入端和地之间，同时工作电流控制电路(5)的控制端与电源电路(7)的负端连接；电源电路(7)电源电路(7)的正端与外部直流电源(E)的正端连接，将外部直流电源电压转换成反馈补偿电路(4)所需的工作电压。
2、 根据权利要求1所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在于 在电流取样电路(6 )和外部振荡电路(9 )之间还连接有过流保护电路(8 )。
3、 根据权利要求2所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在于 所述反馈补偿电路(4)包括三极管Q1、运算放大器U1A、电阻R1 R5，所述 运算放大器U1A的同相输入端通过电阻R4连接到电流取样反馈电路(1 )的输 出端，运算放大器U1A的反相输入端通过电阻R5连接到电压取样反馈电路(2 ) 的输出端，所述运算放大器U1A由电源电路(7)供电；所述三极管Q1的发射 极通过电阻R1接地，同时通过电阻R3接运算放大器U1A的反相输入端，三极 管Ql的集电极连接外部直流电源(E)的正端，三极管Ql的基极通过电阻R2 接运算放大器U1A的输出端。
4、 根据权利要求2或3所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在 于所述工作电流控制电路(5)包括电阻R6、 R7;所述电阻R6、 R7串联连 接，串联后的一端接地，另一端连接反馈补偿电路(4)的第二输入端，电阻 R6、 R7的连接节点连接到电源电路(7)的负端。
5、 根据权利要求4所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在于 所述电压取样反馈电路(2)由电阻RIO、可调电阻W2构成，所述电阻R10与 可调电阻W2串联连接在外部直流电源(E)的正端与地之间，电阻R10与可调 电阻W2的连接节点连接到反馈放大电路(4)的第二输入端。
6、 根据权利要求5所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在于 所述电流取样反馈电路(1)包括可调恒流源IC1和可调电阻Wl,所述可调恒 流源IC1和可调电阻Wl串联连接，其中可调恒流源IC1的输入端连接到外部 电源E的正端，可调恒流源IC1的输出端连接可调电阻Wl，并且它们的连接 节点与反馈补偿电i 各(4)的第一输入端连接，可调电阻W1的另一端连接到过 流保护电路(8)和电流取样电路(6)的连接节点上。
7、 根据权利要求6所述的一种回路供电磁功率补偿电路，其特征在于 所述过流保护电路(8)包括运算放大器U1B、场效应三极管Q2、电阻R12、 R13,所述运算放大器U1B的同相输入端通过电阻R12连接到电源电路(7 )的 正端，并通过电阻R13连接到电源电路(7)的负端，所述运算放大器U1B的 反相输入端通过电流取样电路(6 )连接到地，所述运算放大器U1B的输出端 与场效应三极管Q2的栅极连接，场效应三极管Q2的源极连接到运算放大器 U1B的反相输入端，场效应三极管Q2的漏极连接外部振荡电路(9 )。
全文摘要
一种回路供电磁功率补偿电路，包括电源电路、电流取样反馈电路、电压取样反馈电路、反馈补偿电路、电流取样电路，其特征在于所述电流取样反馈电路的一个输入端连接在外部直流电源的正端与外部振荡电路的连接节点上，电流取样反馈电路的另一个输入端连接在电流取样电路与外部振荡电路的连接节点上，电流取样反馈电路的输出端连接反馈补偿电路的第一输入端；所述电压取样反馈电路的一个输入端连接在外部直流电源的正端与外部振荡电路的连接节点上，电压取样反馈电路的另一个输入端接地，电压取样反馈电路的输出端连接反馈放大电路的第二输入端；该发明可广泛应用于电隔离器和安全栅等工业控制设备、仪器中，具有良好的应用前景。
文档编号G05F1/70GK101256422SQ200710093190
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者伟 冯, 周 岳 申请人:重庆宇通系统软件有限公司