一种信号隔离电路的制作方法

本实用新型涉及工业系统信号传输领域，尤其涉及一种信号隔离电路。

背景技术：

工业系统需要具备较强的抗干扰特性，需要其电路功能稳定可靠。因此需要在不同信号之间进行电气隔离，阻止外部电磁信号进入系统造成干扰，影响系统正确获取信号。

现有的电磁隔离技术，其需要利用电流斩波的调制解调方式。但是现有方式中电流斩波信号的能量损失不均衡，信号损失差异度较大。容易造成系统信号电路中出现电压失调或电流失调，给电路系统引入大量非线性因素，影响信号传输或读取精度。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种信号隔离电路。本申请通过引入电流补偿，可降低现有信号隔离电路中的非线性度，提高系统信号传输或读取的精度。

为实现上述目的，本实用新型提供的信号隔离电路，其包括：信号输入端，其接收直流斩波电流信号；隔离单元，其输入端连接所述信号输入端，其输出端输出对应于所述直流斩波电流信号的隔离信号；触发器，其输入端连接所述隔离单元的输出端，其输出端连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接补偿电路。其中，所述补偿电路包括：补偿电阻，其一端连接供电电平，另一端连接运算放大器的第一输入端，所述运算放大器的第一输入端和第二输入端之间还串联有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的公共端输出补偿电流至负载，所述运算放大器的第二输入端接地，所述运算放大器的输出端连接三极管的基极，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接至所述供电电平。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述隔离单元包括光耦和输入电阻，所述输入电阻连接在所述信号输入端和所述光耦的阳极之间，所述光耦的阴极和发射极均接地，所述光耦的集电极连接所述触发器的输入端。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述滤波电路包括串联在所述触发器的输出端与所述连接运算放大器的第一输入端之间的第一滤波电阻和第二滤波电阻，所述第二滤波电阻的两端还分别连接有第一滤波电容和第二滤波电容的一端，所述第一滤波电容和第二滤波电容的另一端共同连接至所述供电电平。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述触发器，其输入端与所述供电电平之间还连接有第五电阻。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述光耦的发射极与所述供电电平之间还并联有第一电容和稳压二极管。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述稳压二极管的负极连接所述供电电平，所述稳压二极管的正极连接所述光耦的发射极，所述稳压二极管的参考极与供电电平之间还连接有参考电阻。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述运算放大器为lf356。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述光耦为tlp521。

可选的，上述的信号隔离电路，其中，所述触发器为74ls74。

本实用新型和现有方案相比具有如下技术效果:

本实用新型提供一种信号隔离电路，其接收直流斩波电流信号，通过隔离单元对直流斩波电流信号进行隔离并输出对应其的隔离信号，所述的隔离信号触发触发器，触发器的输出端通过滤波电路滤除信号中的高频分量，然后将所述滤波电路的输出信号通过补偿电路进行补偿。由于隔离单元的电磁隔离作用，本实用新型能够阻止外部电磁信号进入系统造成干扰。而同时，本实用新型又能够通过补偿电路，尤其通过补偿电阻，根据提供电流斩波信号的能量损失状况进行非线性的电流补偿。本实用新型能够提高系统精度和线性度。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型的信号隔离电路的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本实用新型所提供的信号隔离电路，其参考图1所示，主要包括：

信号输入端，其接收直流斩波电流信号；

隔离单元，其输入端连接所述信号输入端，其输出端输出对应于所述直流斩波电流信号的隔离信号；

触发器，其输入端连接所述隔离单元的输出端，其输出端连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接补偿电路，为电流斩波信号的能量损失状况进行非线性的电流补偿。

具体而言，为提高系统精度和线性度，上述电路中右侧的所述补偿电路具体可设置为包括：

补偿电阻rb，其一端连接供电电平vcc，另一端连接运算放大器u3的第一输入端，所述运算放大器u3的第一输入端和第二输入端之间还串联有第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1和第二电阻r2的公共端输出补偿电流至负载rl，所述运算放大器u3的第二输入端接地，所述运算放大器u3的输出端连接三极管q1的基极，所述三极管q1的发射极接地，所述三极管q1的集电极连接至所述供电电平vcc。

该补偿电路对滤波电路根据隔离信号触发的输出信号通过补偿电路进行补偿。其所连接的供电电平vcc能够通过运算放大器u3，如lf356运算放大器，和三极管q1及电阻r1、r2作为恒流源，其将标准电流信号源接入对直流斩波电流信号的补偿。直流斩波电流信号输出正端接入运算放大器u3的同相端，直流斩波电流信号输出负端接入运算放大器u3的反相端，运算放大器u3的输出端接三极管q1的基极，三极管q1的发射极接运算放大器u3的反相端，三极管q1的集电极接运算放大器的工作电源端，电阻r1的一端连接运算放大器u3的同相端，电阻r2的一端连接运算放大器u3的反相端，电阻r1、电阻r2的另一端互相连接作为接入负载的输出端；运算放大器u3的同相端与运算放大器u3的工作电源端之间连接补偿电阻rb。由此，本实用新型在工作电源vcc和运算放大器u3的正相输入端之间增加补偿电阻rb，电阻rb的电流ib为补偿电流。电阻rb的作用是补偿标准输入电流iin失真后的电流icc，使输出的电流信号iout复原，也就是说使输出信号值iout等于标准电流信号值。iout＝标准信号±精度误差，精度误差越小说明精度越高。补偿电阻rb值可通过以下方法整定求得：

在电阻r1＝100欧姆，电阻rl＝250欧姆，工作电压vcc＝15伏的运行环境中，用于校准的电阻r2，流经该电阻r2的校准电流为：idd＝r1×20毫安÷r2。由此，以4毫安点的偏差为例，4毫安时需从rb补偿的电流值ib＝4毫安-3.980毫安＝(vcc-(rl+r1)×4毫安)÷rb。

因此rb＝(vcc-(rl+r1)×4)÷ib

＝(15-(250+100)×4×0.001)÷(0.020×0.001)

＝893千欧姆

由此整定出补偿电阻rb的值后，再校准r2使标准电流源输入20毫安情况下输出电流iout为20毫安即可。

由此，图1所示的电路仅通过在lf356等运算放大器上增加一个电阻rb即可实现系统的非线性补偿。这种电路结构能够大大提高系统精度和线性度。本例中，通过计算校验，能够将电路信号精度从原来的0.5％提高到高于0.05％。

上述电路结构的左侧，所述的隔离单元由光耦u1配合输入电阻rin共同构成。其中的光耦u1可具体为tlp521。其中，输入电阻rin连接在所述信号输入端和所述光耦u1的阳极之间，所述光耦u1的阴极和发射极均接地，所述光耦u1的集电极连接所述触发器的输入端。

光耦u1输出端所连接的触发器具体可选择为74ls74。本实施例中仅利用其中一个触发单元即可。

触发单元的输出端连接滤波电路。所述滤波电路包括串联在所述触发器的输出端与所述连接运算放大器u3的第一输入端之间的第一滤波电阻r7和第二滤波电阻r8，所述第二滤波电阻r8的两端还分别连接有第一滤波电容c2和第二滤波电容c3的一端，所述第一滤波电容c2和第二滤波电容c3的另一端共同连接至所述供电电平vcc。

其中，所述触发器，其输入端与所述供电电平vcc之间还连接有第五电阻r5。所述光耦u1的发射极与所述供电电平vcc之间还并联有第一电容c1和稳压二极管d1。所述稳压二极管d1的具体连接方式为：所述稳压二极管d1的负极连接所述供电电平vcc，所述稳压二极管d1的正极连接所述光耦u1的发射极，所述稳压二极管d1的参考极与供电电平vcc之间还连接有参考电阻r6。

由此，直流斩波电流信号通过所输入述电阻rin与所述光耦u1的阳极电连接。所述光耦u1的阴极接地，所述光耦u1的集电极通过所述电阻r5与所述稳压二极管d9的正极电连接，所述二极管d9的负极与所述电源电路的第四输出端电连接，所述光耦u1的发射极接地，所述光耦u1的发射极分别与所述稳压二极管d1的阳极和触发器u2的接地端电连接，所述稳压二极管d1的阴极与所述稳压二极管d9的正极电连接，所述稳压二极管d1的参考极与阴极之间通过所述参考电阻r6电连接，所述稳压二极管d1的阳极与阴极之间电连接有所述电容c1，所述光耦u1的集电极与所述触发器u2的输入端电连接，所述触发器u2的电源输入端与图中省略的另一个稳压二极管的正极电连接保证电源稳定，所述触发器u2的输出端与所述运算放大器u3的同相输入端之间顺次串联有所述第一滤波电阻r7和第二滤波电阻r8，所述第一滤波电阻r7和第二滤波电阻r8的公共端通过所述第一滤波电容c2与所述稳压二极管d9的正极电连接，所述运算放大器u3的同相输入端通过所述第二滤波电容c3与图中省略的另一个稳压二极管连接获得稳定vcc信号，为负载电阻rl提供非线性的电流补偿，消除信号斩波所损失的线性度。

上述电流中可通过所述光耦u1可以将所述电路接收到的pwm信号进行光电隔离，再通过所述触发器u2对pwm信号进行整形，输出规整的方波信号，然后通过所述第一滤波电阻r7、第一滤波电容c2、第二滤波电阻r8和第二滤波电容c3进行二级rc滤波处理，转换成稳定的直流电压，再通过所述运算放大器u3的补偿将电压信号转换为标准的电流信号，然后对外输出，实现输入输出的隔离。这里，可以通过调整是pwm方波信号的占空比来调节输出电流信号大小，输出dc4-20ma标准电流信号。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。