专利名称：一种模拟信号隔离装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于模拟电子电路设计技术领域，尤其涉及一种模拟信号隔离装置。
背景技术：
模拟信号隔离装置是一种使得模拟信号在发送时不存在穿越发送和接收端之间屏障的电流连接的装置，其有效防止了可能损害信号的不同电位之间的环路电流，从而保证了其应用系统的安全性、可靠性及稳定性。公知的，在交流调速系统中，常需应用模拟信号隔离装置。而现有技术提供的模拟信号隔离装置是采用非线性光耦实现模拟信号隔离的，其对温度变化敏感，使得其可靠性差，稳定性差，不适用于温度变化较大的场合，应用范围有限。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种模拟信号隔离装置，旨在解决现有技术提供的模拟信号隔离装置采用非线性光耦实现模拟信号隔离，其对温度变化敏感，使得其可靠性差， 稳定性差，应用范围有限的问题。本实用新型是这样实现的，一种模拟信号隔离装置，所述装置包括输出单元；发出隔离驱动信号的驱动单元；连接所述驱动单元，根据所述驱动单元发出的所述隔离驱动信号生成隔离切换信号的切换单元；连接所述切换单元，根据所述切换单元生成的所述隔离切换信号生成第一充电信号的第一充放电驱动单元；连接所述第一充放电驱动单元，根据所述第一充放电驱动单元生成的所述第一充电信号开始充电且充放电电压等于所述第一充电信号的第一充放电单元；连接所述第一充放电驱动单元以及一输入电压，根据所述第一充放电驱动单元生成的所述第一充电信号生成第二充电信号、并当所述第一充电信号与所述输入电压相等时生成放电信号的第二充放电驱动单元；结构与所述第一充放电单元相同且连接所述第二充放电驱动单元，根据所述第二充放电驱动单元生成的所述第二充电信号开始充电、并根据所述第二充放电驱动单元生成的所述放电信号通过所述输出单元放电以得到一输出电压的第二充放电单元。进一步地，所述切换单元可以包括光耦U1、NPN型三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6 ；三极管Ql的基极通过电阻R5连接所述驱动单元，同时通过电阻R8连接三极管Ql 的发射极，三极管Ql的发射极接地，三极管Ql的集电极通过电阻R4连接光耦Ul的发光二极管的阴极，光耦Ul的发光二极管的阳极连接第一直流电，光耦Ul的光敏三极管的集电极连接所述第一充放电驱动单元，并同时通过电阻R3连接第二直流电，光耦Ul的光敏三极管的发射极连接所述第一充放电驱动单元。更进一步地，所述第一充放电驱动单元可以包括电阻R1、电阻R2、电容Cl、比较器U4、比较器U6 ；电阻Rl的一端连接所述第二直流电，电阻Rl的另一端通过电容Cl连接光耦Ul 的光敏三极管的发射极，电阻Rl的另一端同时通过电阻R2接地，电阻Rl的另一端同时连接比较器U4的反相输入端；比较器U4的同相输入端连接比较器U6的反相输入端、并共同连接光耦Ul的光敏三极管的集电极；比较器U4的反相输入端同时连接比较器U6的同相输入端；比较器U4的输出端连接所述第二充放电驱动单元，比较器TO的输出端连接所述第一充放电单元和第二充放电驱动单元。更进一步地，所述第二充放电驱动单元可以包括光耦U2、光耦U3、比较器TO、比较器U7、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R12 ；光耦U2的发光二极管的阳极通过电阻R6连接所述第二直流电，光耦U2的发光二极管的阴极连接比较器U4的输出端，光耦U2的光敏三极管的集电极通过电阻R7连接所述第一直流电，光耦U2的光敏三极管的发射极通过电阻Rll接地；光耦U3的发光二极管的阳极通过电阻R9连接第二直流电，光耦U3的发光二极管的阴极连接比较器TO的输出端，光耦U3的光敏三极管的集电极通过电阻R12连接第三直流电，并同时连接比较器U7的同相输入端，光耦U3的光敏三极管的发射极接地；比较器U7的反相输入端连接光耦U2的光敏三极管的集电极，比较器U7的输出端连接所述第二充放电单元；比较器TO的同相输入端连接所述输入电压，比较器U5的反相输入端连接比较器U6的输出端。更进一步地，所述第一充放电单元可以包括电容C2、电阻RlO ；电容C2的一端连接比较器TO的输出端，电容C2的另一端接地；电容C2的一端同时通过电阻RlO连接所述第二直流电。更进一步地，所述第二充放电单元可以包括电容C3、电阻R13 ；电容C3的一端通过电阻R13连接所述第二直流电，电容C3的另一端接地。更进一步地，所述输出单元可以包括稳压管VI、稳压管V2、电容C4、电阻R14 ；稳压管Vl的阳极连接电容C3的一端，稳压管Vl的阴极连接稳压管V2的阳极，稳压管V2的阴极连接所述第三直流电，稳压管V2的阳极同时通过电容C4接地，并同时通过电阻R14输出所述输出电压。同时，电容C2、和/或电容C3可以是具有温度补偿特性的单片陶瓷电容。本实用新型实施例提供的该模拟信号隔离装置包括两个结构完全相同的第一充放电单元和第二充放电单元，其同时开始充电，并当充电电压为输入电压时，由第二充放电单元通过输出单元放电以得到输出电压，则输出电压的最大值即为输入电压。由于第一充放电单元和第二充放电单元的结构相同，其分别受温度的影响程度是一样的，可以相互抵消，从而提高了产品的可靠性和稳定性，适用于温度变化较大的场合，拓宽了产品的应用范围。在实际使用过程中，将第一充放电单元和第二充放电单元相互靠近排布，缩短其相互之间的距离，可以进一步消除温度的影响。
图1是本实用新型实施例提供的模拟信号隔离装置的结构图；[0028]图2是图1的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例提供的该模拟信号隔离装置包括两个结构完全相同的第一充放电单元和第二充放电单元，其同时开始充电，并当充电电压为输入电压时，由第二充放电单元通过输出单元放电以得到输出电压，则输出电压的最大值即为输入电压。图1示出了本实用新型实施例提供的模拟信号隔离装置的结构，为了便于说明， 仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。本实用新型实施例提供的模拟信号隔离装置包括输出单元17 ；发出隔离驱动信号的驱动单元11 ；连接驱动单元11，根据驱动单元11发出的隔离驱动信号生成隔离切换信号的切换单元12 ；连接切换单元12，根据切换单元12生成的隔离切换信号生成第一充电信号的第一充放电驱动单元13 ；连接第一充放电驱动单元13，根据第一充放电驱动单元13生成的第一充电信号开始充电且充放电电压等于第一充电信号的第一充放电单元15 ；连接第一充放电驱动单元13以及输入电压VIN，根据第一充放电驱动单元13生成的第一充电信号生成第二充电信号、并当该第一充电信号与输入电压VIN相等时生成放电信号的第二充放电驱动单元14;结构与第一充放电单元15相同且连接第二充放电驱动单元14，根据第二充放电驱动单元14生成的第二充电信号开始充电、并根据第二充放电驱动单元14生成的放电信号通过输出单元17放电以得到输出电压VOUT的第二充放电单元16。本实用新型实施例提供的该模拟信号隔离装置包括两个结构完全相同的第一充放电单元15和第二充放电单元16，在隔离状态下，第一充放电单元15和第二充放电单元 16同时开始充电且当第一充电信号与输入电压VIN相等时，第二充放电单元16开始放电， 由于第一充电信号与第一充放电单元15的充电电压相等，因此，当第一充电信号与输入电压VIN相等时，第一充放电单元15充电电压等于第二充放电单元16的充电电压，并均等于输入电压VIN，此后，第二充放电单元16的放电得到的输出电压VOUT的最大值即为输入电压VIN，从而起到了信号隔离的目的，且由于第一充放电单元15和第二充放电单元16的结构相同，其分别受温度的影响程度是一样的，可以相互抵消，从而提高了产品的可靠性和稳定性，适用于温度变化较大的场合，拓宽了产品的应用范围。在实际使用过程中，将第一充放电单元15和第二充放电单元16相互靠近排布，缩短其相互之间的距离，可以进一步消除温度的影响。图2示出了图1的电路。具体地，切换单元12包括光耦Ul、NPN型三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、 电阻R6。其中，三极管Ql的基极通过电阻R5连接驱动单元11，同时通过电阻R8连接三极管Ql的发射极，三极管Ql的发射极接地，三极管Ql的集电极通过电阻R4连接光耦Ul的发光二极管的阴极，光耦Ul的发光二极管的阳极连接第一直流电VCC_1，光耦Ul的光敏三极管的集电极连接第一充放电驱动单元13，并同时通过电阻R3连接第二直流电P_VCC，光耦Ul的光敏三极管的发射极连接第一充放电驱动单元13。[0036]具体地，第一充放电驱动单元13包括电阻Rl、电阻R2、电容Cl、比较器U4、比较器TO。其中，电阻Rl的一端连接第二直流电？_￥0，电阻Rl的另一端通过电容Cl连接光耦Ul的光敏三极管的发射极，电阻Rl的另一端同时通过电阻R2接地，电阻Rl的另一端同时连接比较器U4的反相输入端；比较器U4的同相输入端连接比较器U6的反相输入端、并共同连接光耦Ul的光敏三极管的集电极；比较器U4的反相输入端同时连接比较器U6的同相输入端；比较器U4的输出端连接第二充放电驱动单元14，比较器U6的输出端连接第一充放电单元15和第二充放电驱动单元14。具体地，第二充放电驱动单元14包括光耦U2、光耦U3、比较器TO、比较器U7、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R12。其中，光耦U2的发光二极管的阳极通过电阻 R6连接第二直流电？_乂0，光耦U2的发光二极管的阴极连接比较器U4的输出端，光耦U2 的光敏三极管的集电极通过电阻R7连接第一直流电VCC_1，光耦U2的光敏三极管的发射极通过电阻Rll接地；光耦U3的发光二极管的阳极通过电阻R9连接第二直流电？_￥0，光耦 U3的发光二极管的阴极连接比较器TO的输出端，光耦U3的光敏三极管的集电极通过电阻 R12连接第三直流电VCC_2，并同时连接比较器U7的同相输入端，光耦U3的光敏三极管的发射极接地；比较器U7的反相输入端连接光耦U2的光敏三极管的集电极，比较器U7的输出端连接第二充放电单元16 ；比较器TO的同相输入端连接输入电压VIN，比较器TO的反相输入端连接比较器U6的输出端。具体地，第一充放电单元15包括电容C2、电阻R10。其中，电容C2的一端连接比较器U6的输出端，电容C2的另一端接地；电容C2的一端同时通过电阻RlO连接第二直流电 P_VCC。具体地，第二充放电单元16包括电容C3、电阻R13。其中，电容C3的一端通过电阻R13连接第二直流电P_VCC，电容C3的另一端接地。具体地，输出单元17包括稳压管VI、稳压管V2、电容C4、电阻R14。其中，稳压管 Vl的阳极连接电容C3的一端，稳压管Vl的阴极连接稳压管V2的阳极，稳压管V2的阴极连接第三直流电VCC_2，稳压管V2的阳极同时通过电容C4接地，并同时通过电阻R14输出一输出电压VOUT。 本实用新型实施例中，第一直流电VCC_1为第二直流电P_VCC的三分之一，第三直流电VCC_2小于第一直流电VCC_1，优选地，第一直流电VCC_1是5V，第二直流电P_VCC是 15V，第三直流电VCC_2是3. 3V，下面详细说明此时图2所示电路的工作原理，其中电阻Rl 的阻值与电阻R2的阻值相等，电阻R7的阻值与电阻Rll的阻值相等在非隔离状态下，驱动单元11输出低电平，此时，光耦Ul截止，VA电压为15V，VB 电压为7. 5V，比较器U4输出端开漏，光耦U2截止，VC电压为5V;放大器TO的输出为低电平，即VE为低电平，电容C2的充电电压为0 ；由于输入电压VIN为正，因此比较器TO输出端开漏，光耦U3截止，VD电压为3. 3V，比较器U7输出为低电平，电容C4和的充电电压为0。在隔离状态下，驱动单元11输出高电平，此时，光耦Ul导通，VA为低电平，光耦U2 导通，VC为2. 5V，比较器U7输出端开漏，同时比较器U6输出端开漏，电容C2开始充电；当 VE电压上升至输入电压VIN时，比较器U5输出低电平，光耦U3导通，VD为低电平，比较器 U7输出低电平，电容C3开始放电。由于在电容C3的放电过程中，输出电压VOUT最高电压即为输入电压VIN，从而实现了信号隔离。[0044]此后，随着输出电压VOUT的下降，驱动单元11向切换单元12和输出电压VOUT点输出低电平，待电容C2、电容C3、和电容C4放电完毕后，重复上述步骤，进行下一次隔离采样。本实用新型实施例中，电容C2、和/或电容C3是具有温度补偿特性的单片陶瓷电容。在环境温度为_55°C到+125°C范围内时，该具有温度补偿特性的单片陶瓷电容的容量变化为0 士 30ppm/°C，大大减小了温漂。本实用新型实施例提供的该模拟信号隔离装置包括两个结构完全相同的第一充放电单元和第二充放电单元，其同时开始充电，并当充电电压为输入电压时，由第二充放电单元通过输出单元放电以得到输出电压，则输出电压的最大值即为输入电压。由于第一充放电单元15和第二充放电单元16的结构相同，其分别受温度的影响程度是一样的，可以相互抵消，从而提高了产品的可靠性和稳定性，适用于温度变化较大的场合，拓宽了产品的应用范围。在实际使用过程中，将第一充放电单元15和第二充放电单元16相互靠近排布，缩短其相互之间的距离，可以进一步消除温度的影响。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种模拟信号隔离装置，其特征在于，所述装置包括输出单元；发出隔离驱动信号的驱动单元；连接所述驱动单元，根据所述驱动单元发出的所述隔离驱动信号生成隔离切换信号的切换单元；连接所述切换单元，根据所述切换单元生成的所述隔离切换信号生成第一充电信号的第一充放电驱动单元；连接所述第一充放电驱动单元，根据所述第一充放电驱动单元生成的所述第一充电信号开始充电且充放电电压等于所述第一充电信号的第一充放电单元；连接所述第一充放电驱动单元以及一输入电压，根据所述第一充放电驱动单元生成的所述第一充电信号生成第二充电信号、并当所述第一充电信号与所述输入电压相等时生成放电信号的第二充放电驱动单元；结构与所述第一充放电单元相同且连接所述第二充放电驱动单元，根据所述第二充放电驱动单元生成的所述第二充电信号开始充电、并根据所述第二充放电驱动单元生成的所述放电信号通过所述输出单元放电以得到一输出电压的第二充放电单元。
2.如权利要求1所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述切换单元包括光耦U1、 NPN型三极管Q1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6 ；三极管Ql的基极通过电阻R5连接所述驱动单元，同时通过电阻R8连接三极管Ql的发射极，三极管Ql的发射极接地，三极管Ql的集电极通过电阻R4连接光耦Ul的发光二极管的阴极，光耦Ul的发光二极管的阳极连接第一直流电，光耦Ul的光敏三极管的集电极连接所述第一充放电驱动单元，并同时通过电阻R3连接第二直流电，光耦Ul的光敏三极管的发射极连接所述第一充放电驱动单元。
3.如权利要求2所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述第一充放电驱动单元包括电阻Rl、电阻R2、电容Cl、比较器U4、比较器U6 ；电阻Rl的一端连接所述第二直流电，电阻Rl的另一端通过电容Cl连接光耦Ul的光敏三极管的发射极，电阻Rl的另一端同时通过电阻R2接地，电阻Rl的另一端同时连接比较器U4的反相输入端；比较器U4的同相输入端连接比较器U6的反相输入端、并共同连接光耦Ul的光敏三极管的集电极；比较器U4的反相输入端同时连接比较器TO的同相输入端； 比较器U4的输出端连接所述第二充放电驱动单元，比较器U6的输出端连接所述第一充放电单元和第二充放电驱动单元。
4.如权利要求3所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述第二充放电驱动单元包括光耦U2、光耦U3、比较器U5、比较器U7、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R11、电阻R12 ；光耦U2的发光二极管的阳极通过电阻R6连接所述第二直流电，光耦U2的发光二极管的阴极连接比较器U4的输出端，光耦U2的光敏三极管的集电极通过电阻R7连接所述第一直流电，光耦U2的光敏三极管的发射极通过电阻Rll接地；光耦U3的发光二极管的阳极通过电阻R9连接第二直流电，光耦U3的发光二极管的阴极连接比较器U5的输出端，光耦 U3的光敏三极管的集电极通过电阻R12连接第三直流电，并同时连接比较器U7的同相输入端，光耦U3的光敏三极管的发射极接地；比较器U7的反相输入端连接光耦U2的光敏三极管的集电极，比较器U7的输出端连接所述第二充放电单元；比较器TO的同相输入端连接所述输入电压，比较器U5的反相输入端连接比较器TO的输出端。
5.如权利要求4所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述第一充放电单元包括电容C2、电阻RlO ；电容C2的一端连接比较器TO的输出端，电容C2的另一端接地；电容C2的一端同时通过电阻RlO连接所述第二直流电。
6.如权利要求5所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述第二充放电单元包括电容C3、电阻R13 ；电容C3的一端通过电阻R13连接所述第二直流电，电容C3的另一端接地。
7.如权利要求6所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，所述输出单元包括稳压管 VI、稳压管V2、电容C4、电阻R14 ；稳压管Vl的阳极连接电容C3的一端，稳压管Vl的阴极连接稳压管V2的阳极，稳压管 V2的阴极连接所述第三直流电，稳压管V2的阳极同时通过电容C4接地，并同时通过电阻 R14输出所述输出电压。
8.如权利要求6所述的模拟信号隔离装置，其特征在于，电容C2、和/或电容C3是具有温度补偿特性的单片陶瓷电容。
专利摘要本实用新型适用于模拟电子电路设计技术领域，提供了一种模拟信号隔离装置，包括输出单元、驱动单元、切换单元、第一充放电驱动单元、第一充放电单元、第二充放电驱动单元、第二充放电单元。第一充放电单元和第二充放电单元的结构完全相同，其同时开始充电，并当充电电压为输入电压时，由第二充放电单元通过输出单元放电以得到输出电压，则输出电压的最大值即为输入电压，实现了隔离目的，且由于第一充放电单元和第二充放电单元的结构相同，其分别受温度的影响程度是一样的，可以相互抵消，从而提高了产品的可靠性和稳定性，适用于温度变化较大的场合，拓宽了产品的应用范围。
文档编号H02J7/00GK202340135SQ201120474238
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者李运周, 欧阳鹏程, 池家武, 罗博, 陈涛 申请人:上海步科自动化有限公司