专利名称：一种用于二线制智能变送器的隔离电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隔离电路，尤其涉及一种放置在二线制智能变送器中的隔离电路。
背景技术：
在工业自动化领域，尤其在电力、石化、冶金等行业中，当需要测量压力、流量、温度等物理参数时，将会大量采用4-20mA工业标准的二线制变送器。随着数字技术的发展，采用微处理器的新一代4-20mA二线制智能变送器逐步取代了原来的4-20mA二线制变送器。
图1示出了现有的采用微处理器的4-20mA二线制智能变送器的电路原理。该变送器主要包括供电电路110、微处理器电路120和传感器电路130。在该传感器电路130中，传感器131与A/D转换电路132串联。当传感器131是数字传感器时，A/D转换电路132可以省略。在该微处理器电路120中，微处理器121和D/A与电压调整电路122串联，微处理器121和存储器123交换数据，且微处理器121通过通信电路124发送指令到D/A与电压调整电路122。该调整电路122由与之串联的场效应管113提供稳定的工作电压。传感器电路130和微处理器电路130串联，在两电路之间还可连接电容141A、141B和齐钠二极管142。电容141A、141B用来减小工作电压的纹波系数，而齐钠二极管142用于过压保护。微处理器电路120串接在供电电路110中，该供电电路110还包括一个供电电源111和一个负载电阻112，该负载电阻112用于将电流信号转变成电压信号。
在现有变送器的工作过程中，传感器电路130与微处理器电路120是在同一工作电压Vc下工作的，该工作电压Vc是由供电电源111在供电电路110中分压形成，因此供电电源111与Vc并不隔离。在所述的工作情况下，一方面由于工作电压Vc受供电电源111支配，造成来自供电电源111的干扰信号会通过干扰工作电压Vc来影响传感器电路130；另一方面，微处理器电路120中的数字信号处理部分所产生的噪声也容易对传感器电路130产生影响。由于传感器电路130与微处理器电路120的工作电压和对数字信号的处理没有与供电电路110实行有效的隔离，从而降低了测量的精度。
如上所述，现有技术中的二线制智能变送器不具有隔离能力，在可靠性与抗干扰能力方面有所不足，特别是在有强电磁干扰的恶劣工业现场，有的变送器甚至无法正常使用。为此，工业界普遍要求提供既具有强大的数字信号处理功能，又具备抗强电磁干扰的新型二线制智能变送器。
发明内容
本实用新型的目的在于解决了上述电压和信号干扰的问题，提供了一种用于二线制智能变送器的隔离电路以及具有该隔离电路的二线制智能变送器，能够有效地避免工业现场强电磁对传感器电路的干扰，以满足二线制智能变送器的品质要求。
本实用新型的技术方案为，一种用于二线制智能变送器的隔离电路包括电压隔离电路和信号隔离电路。其中电压隔离电路包括电压拾取电路，其输入端连接在供电电路中，用于接收来自供电电源的电压；振荡电路，其输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压，所述振荡电路的输出端用于输出两路位相相反的交流信号；驱动电路，用于增强所述交流信号的驱动负载能力，其第一输入端和所述振荡电路的输出端相连，用于接收所述交流信号，第二输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压；隔离变压器，用于隔离变压，其初级线圈和所述驱动电路的输出端相连，用于接收所述交流电压信号；整流稳压电路，用于将交流电压转变成稳定的直流电压，其输入端连接所述隔离变压器的次级线圈，用于接收经过隔离变压后的交流电压信号；其中信号隔离电路包括数字隔离器，和所述电压隔离电路并联，连接传感器电路和微处理器电路，用于隔离传输过程中的数字信号。
所述隔离电路中，所述电压拾取电路可以连接在所述供电电路中，也可以连接在所述供电电路与微处理器电路之间，用于拾取形成隔离电路的最初工作电压。所述数字隔离器包括iCoupler数字隔离器。所述电压拾取电路形成的最初工作电压为6V。所述振荡电路可以包括多谐振荡器，也可以包括正弦波振荡器。所述振荡电路使用CMOS器件，且振荡频率为1kHz-100kHz。所述整流稳压电路输出的工作电压为4V，且提供最大为3.5mA的负载电流。
还提供了一种具有所述隔离电路的二线制智能变送器，包括位于工作现场的传感器和A/D转换器，位于控制室的供电电源、负载电阻、D/A与电压调整器、通信电路、存储器和微处理器，还包括一个隔离电路，所述隔离电路包括电压隔离电路和信号隔离电路其中电压隔离电路包括电压拾取电路，其输入端连接在供电电路中，用于接收来自供电电源的电压；振荡电路，其输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压，所述振荡电路的输出端用于输出两路位相相反的交流信号；驱动电路，用于增强所述交流信号的驱动负载能力，其第一输入端和所述振荡电路的输出端相连，用于接收所述交流信号，第二输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压；隔离变压器，用于隔离变压，其初级线圈和所述驱动电路的输出端相连，用于接收所述交流电压信号；整流稳压电路，用于将交流电压转变成稳定的直流电压，其输入端连接所述隔离变压器的次级线圈，用于接收经过隔离变压后的交流电压信号；其中信号隔离电路包括数字隔离器，和所述电压隔离电路连接，连接传感器电路和微处理器电路，用于隔离传输过程中的数字信号。
所述二线制智能变送器中，所述电压拾取电路连接在所述供电电路中，也可以连接在所述供电电路与微处理器电路之间。所述二线制智能变送器中，所述数字隔离器包括iCoupler数字隔离器，所述电压拾取电路形成的最初工作电压为6V，所述振荡电路可以包括多谐振荡器，也可以包括正弦波振荡器，所述振荡电路使用CMOS器件，且振荡频率为1kHz-100kHz，所述整流稳压电路输出的工作电压为4V，且提供最大为3.5mA的负载电流。
本实用新型有如下显著效果电压拾取电路自供电电路拾取形成的初级电压作为工作电压供应给振荡电路和驱动电路。振荡电路输出交流电压信号，经驱动电路增强其负载能力后，再经隔离变压器加以隔离，最后经整流稳压电路转变成较为稳定的直流电压后输出，用于对传感器电路供电。同时采用数字隔离器传输传感器电路与微处理器之间的数字信号。由于最后形成的对传感器电路的工作电压和供电电源的电压是完全隔离的，这实现了变送器传感器电路与供电电路的隔离；又由于采用数字隔离器传输数字信号，这实现了变送器传感器电路与微处理器电路之间的隔离。隔离电路从上述两方面消除了来自电源干扰信号和微处理器电路的噪声信号对传感器电路的影响，从而提高了整个系统的抗干扰性能。又因为该隔离电路内部结构简单，器件普通且数量较少，所以也能满足4-20mA工业标准二线制变送器对电路的低功耗要求，同时也便于大批量生产。
图1是现有技术的二线制智能变送器的电路原理图。
图2是本实用新型的一个较佳实施例的电路原理图。
图3是本实用新型的另一个较佳实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述在图2所示的较佳实施例中，该隔离电路250是由电压拾取电路251、振荡电路252、驱动电路253、隔离变压器254、整流电路255与稳压电路256串联而成。该串联电路的输入端连接在供电电路210中，输出端位于传感器电路230中。同时一数字隔离器257连接在上述串联而成的电路上，其输入端和输出端分别位于传感器电路230和微处理器电路220中。当传感器231是数字传感器时，在传感器电路230中可以不设置A/D转换电路232。在本实施例中，数字隔离器257是iCoupler数字隔离器，该数字隔离器的特点是功耗比光耦低，传输速率比光耦快，采用该数字隔离器是为了满足二线制电路对功耗的限制，同时保证一定的信号传输速率，但不作为对本实用新型的限制。
该隔离电路的工作原理如下首先由电压拾取电路251从4-20mA的供电电路210中直接拾取初级电压，可通过稳压电路258直接或间接产生约6V的初级电压。该稳压电路258可以是普通稳压器，也可以是三段稳压器件。该电压通过电压拾取电路210的输出端供应给振荡电路252。
振荡电路252可以是多谐振荡器也可以是正弦波振荡器，采用CMOS器件，以满足4-20mA二线制的低功耗要求，但不作为本实用新型的限制，并且其振荡频率为1kHz-100kHz。振荡电路252在上述拾取的工作电压下输出两路位相相反的交流信号A与B。该交流信号被与振荡电路252串联的驱动电路253所接收，经过处理后成为具有驱动约几十mA负载能力的驱动信号C与D。然后该驱动信号C与D输出到隔离变压器254的初级线圈254A。由于C与D信号的幅度接近拾取电压6V，位相相反，且驱动负载的能力强，因此只要使用转换效率高的隔离变压器254，隔离变压器254的次级线圈254B便能随之产生驱动负载能力强的交流电压E与F。在该隔离变压过程中，输出的交流电压E与F已经与供电电压独立。该交流电压E与F从隔离变压器254的次级线圈254B传输到与之串联的整流电路255中，变成直流电压，再经稳压电路256，形成4V左右的稳定的且与初级电压隔离的电压Vg。该电压能够提供最大约3.5mA的负载电流，能够满足大多数4-20mA二线制智能变送器的要求。
物理信号通过传感器231及其调制电路(未图示)成为幅度随物理信号大小变化的电信号，经A/D转换器232成为数字信号；如果传感器231是数字式传感器，则无需A/D转换器232，物理信号直接成为频率信号。该数字或频率信号通过iCoupler数字隔离器与微处理器221进行数字信号的传输，从而保证了数字传输信号的隔离。
在图3所示的另一个实施例中，电压拾取电路351的输入端经过稳压电路358连接在供电电路310与微处理器电路320之间，由DC/DC转换将供电电路310与微处理器电路320之间的高电压转换为6V左右的初级电压。其他结构与实现方式与上述图2所示的实施例完全相同，因此不再重复描述。
以上实施例涉及到的数值大小仅是为了满足4-20mA工业标准二线制的要求，如果二线制采用其他的标准，则数值将进行相应的调整，因而这些数值不限制本实用新型。本领域普通技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下可作各种修改与变化，但这些等同的修改与变化都应落在本实用新型的权利要求的范围内。
权利要求1一种用于二线制智能变送器的隔离电路，其特征在于，其包括电压隔离电路和信号隔离电路其中电压隔离电路包括电压拾取电路，其输入端连接在供电电路中，用于接收来自供电电源的电压；振荡电路，其输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压，所述振荡电路的输出端用于输出两路位相相反的交流信号；驱动电路，用于增强所述交流信号的驱动负载能力，其第一输入端和所述振荡电路的输出端相连，用于接收所述交流信号，第二输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压；隔离变压器，用于隔离变压，其初级线圈和所述驱动电路的输出端相连，用于接收所述交流电压信号；整流稳压电路，用于将交流电压转变成稳定的直流电压，其输入端连接所述隔离变压器的次级线圈，用于接收经过隔离变压后的交流电压信号；其中信号隔离电路包括数字隔离器，和所述电压隔离电路连接，连接传感器电路和微处理器电路，用于隔离传输过程中的数字信号。
2根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述电压拾取电路连接在所述供电电路中，用于拾取形成隔离电路的最初工作电压。
3根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述电压拾取电路连接在所述供电电路与微处理器电路之间，用于拾取形成隔离电路的最初工作电压。
4根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述数字隔离器包括iCoupler数字隔离器。
5根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述电压拾取电路形成的最初工作电压为6V。
6根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述振荡电路可以包括多谐振荡器，也可以包括正弦波振荡器，所述振荡电路使用CMOS器件，且振荡频率为1kHz-100kHz。
7根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述整流稳压电路输出的工作电压为4V，且提供最大为3.5mA的负载电流。
8一种具有所述隔离电路的二线制智能变送器，包括位于工作现场的传感器和A/D转换器，位于控制室的供电电源、负载电阻、场效应管、D/A与电压调整器、通信电路、存储器和微处理器，其特征在于，还包括一个隔离电路，所述隔离电路包括电压隔离电路和信号隔离电路其中电压隔离电路包括电压拾取电路，其输入端连接在供电电路中，用于接收来自供电电源的电压；振荡电路，其输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压，所述振荡电路的输出端用于输出两路位相相反的交流信号；驱动电路，用于增强所述交流信号的驱动负载能力，其第一输入端和所述振荡电路的输出端相连，用于接收所述交流信号，第二输入端和所述电压拾取电路的输出端相连，用于接收工作电压；隔离变压器，用于隔离变压，其初级线圈和所述驱动电路的输出端相连，用于接收所述交流电压信号；整流稳压电路，用于将交流电压转变成稳定的直流电压，其输入端连接所述隔离变压器的次级线圈，用于接收经过隔离变压后的交流电压信号；其中信号隔离电路包括数字隔离器，和所述电压隔离电路连接，连接传感器电路和微处理器电路，用于隔离传输过程中的数字信号。
9根据权利要求8所述的二线制智能变送器，其特征在于，所述电压拾取电路连接在所述供电电路中，也可以连接在所述供电电路与微处理器电路之间。
10根据权利要求8所述的二线制智能变送器，其特征在于，所述数字隔离器包括iCoupler数字隔离器，所述电压拾取电路形成的最初工作电压为6V，所述振荡电路可以包括多谐振荡器，也可以包括正弦波振荡器，所述振荡电路使用CMOS器件，且振荡频率为1kHz-100kHz，所述整流稳压电路输出的工作电压为4V，且提供最大为3.5mA的负载电流。
专利摘要本实用新型提供了一种用于二线制智能变送器的隔离电路，能够有效地避免工业现场强电磁对传感器电路的干扰。该隔离电路包括电压隔离电路和信号隔离电路，其中电压隔离电路包括电压拾取电路，其输入端连在供电电路中；振荡电路，其输入端和电压拾取电路输出端相连；驱动电路，其第一输入端和该振荡电路输出端相连，第二输入端和该电压拾取电路输出端相连；隔离变压器，其初级线圈和该驱动电路输出端相连；整流稳压电路，其输入端连接该变压器次级线圈；其中信号隔离电路包括数字隔离器，连接传感器电路和微处理器电路。同时提供具有该隔离电路的二线制智能变送器。本实用新型应用在二线制智能变送器中，起到隔离电压和信号干扰的作用。
文档编号G08C19/16GK2847228SQ200520046248
公开日2006年12月13日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者李军 申请人:上海宇软电子设备有限公司