专利名称：一种信号隔离变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种信号隔离变送器。
背景技术：
目前工业控制领域，利用直流电流信号或直流电压信号作为驱动信号很普遍，例如PLC、发送器、电机控制等。在实际应用中，为了有效的抑制控制设备与执行设备之间共模噪声、公共地干扰以及实现控制设备接口与执行设备接口的信号匹配及阻抗匹配，通常将直流信号进行有效的隔离并转换，以实现以上目的。目前直流信号的隔离转换的通常实现方法见图I所示，该信号隔离变送器由电源 隔离部分、同步开关驱动部分和用于将直流输入信号按线性比例隔离转换成直流输出信号的信号隔离变换部分组成，电源隔离部分包括振荡电路、推挽开关电路、电源隔离变压器Tl、第一整流滤波电路和第二整流滤波电路；同步开关驱动部分包括电源隔离变压器Tl的输入端同步开关驱动信号绕组N3和输出端同步开关驱动信号绕组N5 ;信号隔离变换部分包括信号隔离变压器T2、输入侧的第一开关电路和输入信号处理电路、以及输出侧的第二开关电路和输出信号处理电路；电源隔离部分中，输入电源电压VCC经振荡电路和推挽开关电路斩波逆变输入电源隔离变压器Tl，电源隔离变压器Tl的输入端辅助电源绕组N2通过第一整流滤波电路给输入信号处理电路提供直流供电电压VCC1，输出端辅助电源绕组N4通过第二整流滤波电路给输出信号处理电路提供直流供电电压VCC2 ;同步开关驱动部分中，电源隔离变压器Tl的输入端同步开关驱动信号绕组N3连接到第一开关电路，向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，电源隔离变压器Tl的输出端同步开关驱动信号绕组N5连接到第二开关电路，向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。图I示出的信号隔离变送器利用DC/DC隔离技术，将输入电源VCC通过电源隔离变压器Tl进行隔离处理产生两组相互隔离的DC电源作为直流信号输入处理电路以及直流信号输出处理电路的辅助电源；电源隔离变压器Tl有两组相互隔离的绕组N3和N5，这两组绕组产生相互隔离的两路同步开关驱动信号，一路开关驱动信号用于控制第一开关电路，将从输入信号处理电路输入的直流信号斩波逆变为交流方波信号，然后经信号隔离变压器T2隔离输出到输出侧，另一路同步开关驱动信号用于控制第二开关电路，将信号隔离变压器T2输出的交流方波信号同步整流为直流信号后经输出信号处理电路输出，完成直流信号的隔离转换。这种实现方法，电源隔离变压器Tl绕组数量至少为五组，分别为电源输入原边绕组NI、输入端辅助电源绕组N2、输出端辅助电源绕组N4、输入端同步开关驱动信号绕组N3、输出端同步开关驱动信号绕组N5。因此，图I示出的信号隔离变送器，其电源隔离变压器Tl生产工艺复杂，不利于大规模生产
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种信号隔离变送器，具有优化的电路结构，能够简化电源隔离变压器的结构，实现大规模生产。本实用新型的目的是通过以下技术措施实现的一种信号隔离变送器，包括电源隔离部分和用于将直流输入信号按线性比例隔离转换成直流输出信号的信号隔离变换部分；信号隔离变换部分包括信号隔离变压器、输入侧的第一开关电路和输入信号处理电路、以及输出侧的第二开关电路和输出信号处理电路，电源隔离部分中，输入电源电压经振荡电路和推挽开关电路斩波逆变输入电源隔离变压器，电源隔离变压器的输入端辅助电源绕组通过第一整流滤波电路给所述输入信号处理电路提供直流供电电压，输出端辅助电源绕组通过第二整流滤波电路给所述输出信号处理电路提供直流供电电压，所述的信号隔离变送器还包括第一分压电路和第二分压电路，所述电源隔离变压器仅设有电源输入原边绕组、输入端辅助电源绕组和输出端辅助电源绕组；第一分压电路连接在所述输入端辅助电源绕组和第一开关电路之间，输入端辅助电源绕组通过第一分压电路向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，第二分压电路连接在所述输出端辅助电源绕组和第二开关电路之间，输出·端辅助电源绕组通过第二分压电路向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。作为实用新型的一种实施方式，所述第一分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；所述输入端辅助电源绕组的同名端通过第一分压电阻连接到第一开关电路中第一开关管的栅极，所述第二分压电阻连接在第一开关管的栅极和源极之间，第一开关管的源极与输入端辅助电源绕组的中间抽头相连接，所述输入端辅助电源绕组的异名端通过第三分压电阻连接到第一开关电路中第二开关管的栅极，所述第四分压电阻连接在第二开关管的栅极和源极之间。作为实用新型的一种实施方式，所述第二分压电路包括第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻和第八分压电阻；所述输出端辅助电源绕组的同名端通过第五分压电阻连接到第二开关电路中第三开关管的栅极，所述第六分压电阻连接在第三开关管的栅极和源极之间，第三开关管的源极与输出端辅助电源绕组的中间抽头相连接，所述输出端辅助电源绕组的异名端通过第七分压电阻连接到第二开关电路中第四开关管的栅极，所述第八分压电阻连接在第四开关管的栅极和源极之间。下面以对比图I中的输入端辅助电源绕组N2、输入端同步开关驱动信号绕组N3的特性为例，说明本实用新型的原理图I示出的电路中，输入端同步开关驱动信号绕组N3为一个单独的绕组，其产生的驱动脉冲信号的幅值可以依据其驱动的开关电路的开关阀值特性任意设计，且可以接任意参考点来作为开关电路的开关驱动信号阀值参考点。而输入端辅助电源绕组N2必须满足电路中辅助电源I的需求而设计，其产生的驱动脉冲信号的幅值不一定能够满足其驱动的开关电路的开关阀值特性。本实用新型采用了第一分压电路，以电阻分压的方式，对输入端同步开关驱动信号绕组N3的输出信号进行了电平转换以适应其驱动的开关电路的开关阀值特性，且输入端辅助电源绕组N2的中间抽头接地，而通过第一分压电路输出到第一开关电路的驱动信号的阀值参考点也是地电平；本实用新型中输出端辅助电源绕组N4和第二分压电路的工作原理与上述相同，在此不再赘述。与现有技术相比，本实用新型的信号隔离变送器具有以下有益效果[0013]本实用新型的信号隔离变送器设置有第一分压电路和第二分压电路，输入端辅助电源绕组通过第一分压电路向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，输出端辅助电源绕组通过第二分压电路向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，从而实现对信号隔离变换部分的驱动，信号隔离变换部分能得以正常工作。即本实用新型省去了现有技术中的输入端同步开关驱动信号绕组和输出端同步开关驱动信号绕组，通过电源隔离变压器绕组功能复用从而减少了电源隔离变压器的绕组数，从而简化了电源隔离变压器的结构和制造工艺，使得本实用新型的信号隔离变送器能得以实现大规模生产。
以下结合附图
和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明图I为现有技术中常用信号隔离变送器的电路原理框图；图2为本实用新型信号隔离变送器的电路原理框图； 图3为本实用新型信号隔离变送器第一实施例的电路原理图；图4为本实用新型信号隔离变送器第二实施例的电路原理图；图5为本实用新型中绕组N2和绕组N4的波形图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型的信号隔离变送器，包括电源隔离部分、用于将直流输入信号按线性比例隔离转换成直流输出信号的信号隔离变换部分、第一分压电路和第二分压电路。本实用新型与图I示出的电路的信号隔离变换部分电路结构和工作原理相同，包括信号隔离变压器T4、输入侧的第一开关电路和输入信号处理电路、以及输出侧的第二开关电路和输出信号处理电路。本实用新型与图I示出的电路的电源隔离部分电路结构和工作原理相同，包括振荡电路、推挽开关电路、电源隔离变压器T3、第一整流滤波电路和第二整流滤波电路；输入电源电压VCC经振荡电路和推挽开关电路斩波逆变输入电源隔离变压器T3，电源隔离变压器T3的输入端辅助电源绕组N2通过第一整流滤波电路给输入信号处理电路提供直流供电电压VCC1，输出端辅助电源绕组N4通过第二整流滤波电路给输出信号处理电路提供直流供电电压VCC2。本实用新型与图I示出的电路的不同点在于本实用新型中的电源隔离变压器T3仅设有电源输入原边绕组NI、输入端辅助电源绕组N2和输出端辅助电源绕组N4，第一分压电路连接在输入端辅助电源绕组N2和第一开关电路之间，输入端辅助电源绕组N2通过第一分压电路向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，第二分压电路连接在输出端辅助电源绕组N4和第二开关电路之间，输出端辅助电源绕组N4通过第二分压电路向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。另外，为了保证对输入信号处理电路和输出信号处理电路的稳定供电，可在分别在第一整流滤波电路和输入信号处理电路之间、在第二整流滤波电路和输出信号处理电路之间设置辅助电源。图3示出了本实用新型信号隔离变送器的第一实施例，振荡电路选用常用的振荡电路形式，其产生互补对称的两组方波信号；推挽开关电路包括一对推挽连接的开关管Ql和Q2 ;第一整流滤波电路包括整流二极管Dll和整流二极管D12 ;第二整流滤波电路包括整流二极管D21和整流二极管D22 ;两个辅助电源分别为电容Cll和电容C21 ;第一开关电路包括第一开关管Q12和第二开关管Q13 ;输入信号处理电路包括运算放大器U11A、三极管Qll和电阻Rll ;第二开关电路包括第三开关管Q22和第四开关管Q23 ;输出信号处理电路包括运算放大器U21A和电阻R21 ;它们之间的连接与工作方式与图I示出的现有技术中的信号隔离变送器相同，在此不再一一说明。本实施例中，第一分压电路包括第一分压电阻R12、第二分压电阻R13、第三分压
电阻R14和第四分压电阻R15 ;所述输入端辅助电源绕组N2的同名端Drll通过第一分压电阻R12连接到第一开关电路中第一开关管Q12的栅极，所述第二分压电阻R13连接在第一开关管Q12的栅极和源极之间，第一开关管Q12的源极与输入端辅助电源绕组N2的中间抽头相连接，所述输入端辅助电源绕组N2的异名端Drl2通过第三分压电阻R14连接到第一开关电路中第二开关管Q13的栅极，所述第四分压电阻R15连接在第二开关管Q13的栅极和源极之间。第二分压电路包括第五分压电阻R22、第六分压电阻R23、第七分压电阻R24和第八分压电阻R25 ;所述输出端辅助电源绕组N4的同名端Dr21通过第五分压电阻R22连接到第二开关电路中第三开关管Q22的栅极，所述第六分压电阻R23连接在第三开关管Q22的栅极和源极之间，第三开关管Q22的源极与输出端辅助电源绕组N4的中间抽头相连接，所述输出端辅助电源绕组N4的异名端Dr22通过第七分压电阻R24连接到第二开关电路中第四开关管Q23的栅极，所述第八分压电阻R25连接在第四开关管Q23的栅极和源极之间。本实用新型信号隔离变送器的工作原理为输入电源电压VCC、地端GND为整个隔离变送器电路的电源输入，由电源端的振荡电路产生互补对称的两组方波信号驱动MOS管Ql、MOS管Q2交替导通，将直流电源斩波逆变，经电源隔离变压器Tl，在输入端辅助电源绕组N2、输出端辅助电源绕组N4上分别产生感应电压，经整流滤波后产生两组隔离的电源分别是直流供电电压VCCl和参考端GND1、直流供电电压VCC2和参考端GND2。与此同时，输入端辅助电源绕组N2的同名端Dr 11、异名端Drl2相对参考端GNDl产生互补对称的方波信号，输出端辅助电源绕组N4的同名端Dr21、异名端Dr22相对参考端GND2产生互补对称的方波信号，其同步关系如图4所示。而分别通过第一分压电路和第二分压电路中分压电阻的分压作用，保证了同名端Drll、异名端Drl2、同名端Dr21、异名端Dr22的高低电平幅值在第一开关管Q12、第二开关管Q13、第三开关管Q22、第四开关管Q23的允许驱动电压范围之内，即输入端辅助电源绕组N2通过第一分压电路向第一开关电路输出了幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，输出端辅助电源绕组N4通过第二分压电路向第二开关电路输出了幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。而在上述两个同步开关驱动信号的控制下，外部输入的直流电压信号从信号输入端正极Sin+、信号输入端负极Sin-输入信号隔离变送器的信号隔离变换部分，直流电压信号的幅值为输入电压Vin，根据运放的特性，电阻Rll两端的电压差为直流电压信号的输入电压Vin，流过电阻Rl I的电流I_R1 l=Vin/Rl I，三极管Ql I的基极电流远小于集电极电流，可以忽略不计，则经过三级管Qll集电极的电流Ic_Qll=I_Rll=Vin/Rll。当同名端Drll为高电平时,异名端Drl2为低电平,开关管Q12导通,开关管Q13截止，同时同名端Dr21为高电平，异名端Dr22为低电平，开关管Q22导通，开关管Q23截止，电流Ic_Qll经变压器T4的中间抽头，然后经开关管Q12导通到参考端GND1，变压器T4原副边绕组匝比相同，所以在变压器T4的副边产生等于Ic_Qll的感应电流经开关管Q22到参考端GND2，当同名端Drll为低电平时，异名端Drl2为高电平，开关管Q12截止，开关管Q13导通，同时同名端Dr21为低电平，异名端Dr22为高电平，开关管Q22截止，开关管Q23导通，电流Ic_Qll经变压器T2的中间抽头，然后经开关管Q13导通到参考端GND1，在变压器T4的副边产生等于Ic_Qll的感应电流经开关管Q23到参考端GND2。四个开关管Q12、Q13、Q22、Q23的交替同步导通，完成将Ic_Qll通过变压器T4隔离传送到输出端。因运算放大器U21A呈现高阻，流过电阻R21的电流等于变压器T4的副边产生的感应电流，等于Ic_Qll，则电阻R21的两端的电压V_R21=Ic_Qll*R21，运算放大器的反相输 入端等于同相输入端，运算放大器U21A的2脚电平等于参考端GND2的电位，所以运算放大器U21A的第I脚输出电压Sout+=Ic_Ql 1*R21= (R21/R11) *Vin，这样完成了输入直流电压信号的隔离比例传送。图4示出了本实用新型的第二实施例，本实施例与第一实施例的电路结构和原理基本相同，其不同点在于第一分压电路和第二分压电路部分本第二实施例采用电阻加稳压管的分压方式，用二极管代替了第一实施例中连接在开关管栅极和源极之间的分压电阻，即将二极管D13连接在开关管Q12的栅极和源极之间，二极管D15连接在开关管Q13的栅极和源极之间，二极管D23连接在开关管Q22的栅极和源极之间，二极管D25连接在开关管Q23的栅极和源极之间，其中二极管的阴极与开关管的栅极相连接。本实施例中第一分压电路和第二分压电路采用稳压管和电阻实现分压，其工作原理与第一实施例相同，在此不再赘述。本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本实用新型权利保护范围之内。
权利要求1.一种信号隔离变送器，包括电源隔离部分和用于将直流输入信号按线性比例隔离转换成直流输出信号的信号隔离变换部分；信号隔离变换部分包括信号隔离变压器(T4)、输入侧的第一开关电路和输入信号处理电路、以及输出侧的第二开关电路和输出信号处理电路，电源隔离部分中，输入电源电压(VCC)经振荡电路和推挽开关电路斩波逆变输入电源隔离变压器(T3)，电源隔离变压器(T3)的输入端辅助电源绕组(N2)通过第一整流滤波电路给所述输入信号处理电路提供直流供电电压(VCC1)，输出端辅助电源绕组(N4)通过第二整流滤波电路给所述输出信号处理电路提供直流供电电压(VCC2)，其特征在于所述的信号隔离变送器还包括第一分压电路和第二分压电路，所述电源隔离变压器(T3 )仅设有电源输入原边绕组(NI)、输入端辅助电源绕组(N2)和输出端辅助电源绕组(N4);第一分压电路连接在所述输入端辅助电源绕组(N2)和第一开关电路之间，输入端辅助电源绕组(N2)通过第一分压电路向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，第二分压电路连接在所述输出端辅助电源绕组(N4)和第二开关电路之间，输出端辅助电源绕组(N4)通过第二分压电路向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。
2.根据权利要求I所述的信号隔离变送器，其特征在于所述第一分压电路包括第一分压电阻(R12)、第二分压电阻(R13)、第三分压电阻(R14)和第四分压电阻(R15);所述输入端辅助电源绕组(N2)的同名端(Drll)通过第一分压电阻(R12)连接到第一开关电路中第一开关管(Q12)的栅极，所述第二分压电阻(R13)连接在第一开关管(Q12)的栅极和源极之间，第一开关管(Q12)的源极与输入端辅助电源绕组(N2)的中间抽头相连接，所述输入端辅助电源绕组(N2)的异名端(Drl2)通过第三分压电阻(R14)连接到第一开关电路中第二开关管(Q13)的栅极，所述第四分压电阻(R15)连接在第二开关管(Q13)的栅极和源极之间。
3.根据权利要求I所述的信号隔离变送器，其特征在于所述第二分压电路包括第五分压电阻(R22)、第六分压电阻(R23)、第七分压电阻(R24)和第八分压电阻(R25);所述输出端辅助电源绕组(N4)的同名端(Dr21)通过第五分压电阻(R22)连接到第二开关电路中第三开关管(Q22 )的栅极，所述第六分压电阻(R23 )连接在第三开关管(Q22 )的栅极和源极之间，第三开关管(Q22)的源极与输出端辅助电源绕组(N4)的中间抽头相连接，所述输出端辅助电源绕组(N4)的异名端(Dr22)通过第七分压电阻(R24)连接到第二开关电路中第四开关管(Q23 )的栅极，所述第八分压电阻(R25 )连接在第四开关管(Q23 )的栅极和源极之间。
专利摘要本实用新型公开了一种信号隔离变送器，包括电源隔离部分、信号隔离变换部分、第一分压电路和第二分压电路；其中，电源隔离部分中的电源隔离变压器仅设有电源输入原边绕组、输入端辅助电源绕组和输出端辅助电源绕组，第一分压电路连接在输入端辅助电源绕组和第一开关电路之间，输入端辅助电源绕组通过第一分压电路向第一开关电路输出幅值满足第一开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号，第二分压电路连接在输出端辅助电源绕组和第二开关电路之间，输出端辅助电源绕组通过第二分压电路向第二开关电路输出幅值满足第二开关电路开关阀值特性的同步开关驱动信号。本实用新型具有优化的电路结构，能简化电源隔离变压器的结构，实现大规模生产。
文档编号G08C19/02GK202679251SQ20122027368
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者赵庆红 申请人:广州金升阳科技有限公司