一种高精度pwm转模拟量输出电路的制作方法
【专利摘要】一种高精度PWM转模拟量输出电路，包括：单片机PWM信号模块，用于输出PWM脉冲信号；电源，采用开关电源，用于输出两组隔离电源电压UC及UR；磁隔离电路，包括磁隔离芯片，所述PWM脉冲信号经磁隔离电路处理后输出方波信号；电压基准源电路，用于将电源输出的隔离电源电压UR变换成高精度基准电压UA；低通滤波器，用于将磁隔离芯片输出方波信号转成直流电压信号；V/I转换电路，用于将低通滤波器输出的直流电压信号转换为模拟量信号。本实用新型采用磁隔离技术，由于取消了光电耦合器影响效率的光电转换环节，消除了光电耦合不稳定的电流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面问题。由于采用隔离技术,避免PWM脉冲信号影响模拟量信号的波动，提高了模拟量信号的稳定性。
【专利说明】
一种高精度PWM转模拟量输出电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及模拟信号输出领域，尤其是一种采用磁隔离技术将数字HVM脉冲信号转换生成电流或电压模拟信号的电路。
【背景技术】
[0002]在电子和自动化技术运用中，常常需要同步使用单片机和数模转换器以实现数字信号到模拟信号的转换。目前市场上的工业现场仪表中，常规的PWM转模拟信号一般采用光偶隔离，光偶隔离后信号比较弱，还要另外加PWM整形电路，线路较复杂。随着工业技术的不断发展，光耦的速率、LED老化、可靠性、功耗过高等缺点也暴露出来，传统光耦合器产品的最大问题是在可靠性和操作性方面存在弱点。随着老化，它们的性能也随之下降；并且，当在较高温度下操作时，实际上老化过程会加剧。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高精度HVM转模拟量输出电路。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术措施:
[0005]—种高精度PffM转模拟量输出电路，包括:
[0006]单片机PWM信号模块，用于输出PffM脉冲信号；
[0007]电源，采用开关电源，用于输出两组隔离电源电压UC及UR;
[0008]磁隔离电路，包括磁隔离芯片，所述PffM脉冲信号经磁隔离电路处理后输出方波信号；
[0009 ]电压基准源电路，用于将电源输出的隔离电源电压UR变换成高精度基准电压UA;
[0010]低通滤波器，用于将磁隔离芯片输出方波信号转成直流电压信号；
[0011]V/I转换电路，用于将低通滤波器输出的直流电压信号转换为模拟量信号。
[0012]本实用新型还可以通过以下技术措施进一步完善:
[0013]作为进一步改进，所述磁隔离电路包括磁隔离芯片Ul和电容C7，所述Ul的I脚连至电源的UC端，Ul的4脚连至GND，Ul的I脚与4脚之间并联电容C7，所述Ul的3脚连接单片机PWM脉冲信号，Ul的8脚连接电压基准电路产生的基准电压UA，U1的5脚连至AGND，U1的6脚连至低通滤波器的输入端，并向其输出方波信号。
[0014]作为进一步改进，所述电压基准源电路包括电阻R2和稳压管Ql，所述R2的一端连接电源的UR端，R2的另一端连接稳压管Ql的N极，稳压管Ql的另一端连接AGND。
[0015]作为进一步改进，所述低通滤波器包括电阻R4、R6和电容Cl、C2，所述R4—端与Ul的6脚连接，R4另一端与R6、C1连接，Cl的另一端连至AGND，R6的另一端与C2、V/I转换电路连接，C2另一端连至AGND。
[0016]作为进一步改进，所述V/I转换电路包括芯片U3A，电阻R7、R8、R9、R10，电容C3、C4、C5、C6，场效应管Q2、开关SI和模拟量信号输出端0UT-、0UT+，所述芯片U3A与R7、R8连接，R7另一端连接电压基准电路产生的基准电压UA，R8另一端与C4、R9、场效应管Q2的源极连接，C4、R9另一端连至AGND，U3A的I脚与2脚之间并联C6，U3A的8脚连接电源的UR端，U3A的4脚连至AGND，U3A的8脚与4脚之间并联C3，U3A的I脚连接场效应管Q2的栅极，所述场效应管Q2的漏极连接C5、R10和模拟量信号输出端OUT-，所述C5另一端连接电源的UR端和模拟量信号输出端OUT+，所述Rl O另一端连接SI，SI另一端连接模拟量信号输出端OUT+。
[0017]作为进一步改进，所述PWM脉冲信号的频率为1.5 KHz?2.5KHz及分辨率为16位以上。
[0018]作为进一步改进，所述模拟量信号为4-20mA的电流信号或者1-5V的电压信号，开关SI闭合时，输出的模拟量信号为电压信号，而开关SI断开时，输出的模拟量信号为电流信号。
[0019]与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点:
[0020]1、PWM脉冲信号经过磁隔离芯片内部施密特整形、磁隔离后输出方波信号。采用磁隔离技术，由于取消了光电耦合器影响效率的光电转换环节，消除了光电耦合不稳定的电流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面问题。隔离避免PWM脉冲信号影响模拟量信号的波动，提高了模拟量信号的稳定性。
[0021]2、低通滤波器采用二阶RC滤波的电路结构，进一步排除外界环境的干扰，增加在恶劣环境中的可靠性。
[0022]3、V/I转换电路对直流电压信号进行运放、反馈以及比较，产生一个控制电平来控制场效应管Q2，再由场效应管Q2输出模拟量信号。具有控制方式简单、负载线性稳定性高，电路抗干扰能力好的优点。输出的模拟量信号精度高满足多数应用场合需求。
[0023]4、通过设置开关SI，开关SI闭合时，输出的模拟量信号为电压信号，而开关SI断开时，输出的模拟量信号为电流信号。这样，用户可以根据需要获取电压信号或者电流信号，只需通过开关SI进行切换即可，满足客户的不同需求，应用范围广。
【附图说明】
[0024]附图1是本实用新型高精度PffM转模拟量输出电路的原理框图；
[0025]附图2是本实用新型高精度PffM转模拟量输出电路的电路图；
[0026]附图3是本实用新型高精度PWM转模拟量输出电路中PTOi脉冲信号生产方法示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0028]请参考图1至图3，一种高精度PffM转模拟量输出电路，包括:
[0029]单片机PWM信号模块，用于输出PffM脉冲信号；
[0030]电源，采用开关电源，用于输出两组隔离电源电压UC及UR;
[0031]磁隔离电路，包括磁隔离芯片，所述PffM脉冲信号经磁隔离电路处理后输出方波信号；
[0032]电压基准源电路，用于将电源输出的隔离电源电压UR变换成高精度基准电压UA;
[0033]低通滤波器，用于将磁隔离芯片输出方波信号转成直流电压信号；
[0034]V/I转换电路，用于将低通滤波器输出的直流电压信号转换为模拟量信号。
[0035]实施例中，高精度HVM转模拟量输出电路，将HVM脉冲信号转换生产电压型或电流型的信号，经过该电路结构处理获得的信号用于仪器仪表中。所述PWM脉冲信号的频率为1.5 KHz?2.5KHz及分辨率为16位以上。最终的模拟量信号为4-20mA的电流信号或者1-5V的电压信号。HVM脉冲信号经过磁隔离芯片内部施密特整形、磁隔离后输出方波信号。采用磁隔离技术，取消了光电耦合器影响效率的光电转换环节，消除了光电耦合不稳定的电流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面问题。隔离避免PffM脉冲信号影响模拟量信号的波动，提高了模拟量信号的稳定性。
[0036]所述磁隔离电路包括磁隔离芯片Ul和电容C7，所述Ul的I脚连至电源的UC端，Ul的4脚连至GND，Ul的I脚与4脚之间并联电容C7，所述Ul的3脚连接单片机PWM脉冲信号，Ul的8脚连接电压基准电路产生的基准电压UA，U1的5脚连至AGND，U1的6脚连至低通滤波器的输入端，并向其输出方波信号。
[0037]所述电压基准源电路包括电阻R2和稳压管Ql，所述R2的一端连接电源的UR端，R2的另一端连接稳压管Ql的N极，稳压管Ql的另一端连接AGND。
[0038]所述低通滤波器包括电阻R4、R6和电容C1、C2，所述R4—端与Ul的6脚连接，R4另一端与R6、C1连接，Cl的另一端连至AGND，R6的另一端与C2、V/I转换电路连接，C2另一端连至AGND。低通滤波器采用二阶RC滤波的电路结构，进一步排除外界环境的干扰，增加在恶劣环境中的可靠性。
[0039 ] 所述V/1转换电路包括芯片U3A，电阻R7、R8、R9、R1，电容C3、C4、C5、C6，场效应管Q2、开关SI和模拟量信号输出端0UT-、0UT+，所述芯片U3A与R7、R8连接，R7另一端连接电压基准电路产生的基准电压UA，R8另一端与C4、R9、场效应管Q2的源极连接，C4、R9另一端连至AGND，U3A的I脚与2脚之间并联C6，U3A的8脚连接电源的UR端，U3A的4脚连至AGND，U3A的8脚与4脚之间并联C3，U3A的I脚连接场效应管Q2的栅极，所述场效应管Q2的漏极连接C5、R10和模拟量信号输出端OUT-，所述C5另一端连接电源的UR端和模拟量信号输出端OUT+，所述Rl O另一端连接SI，S1另一端连接模拟量信号输出端OUT+。
[0040]V/I转换电路对直流电压信号进行运放、反馈以及比较，产生一个控制电平来控制场效应管Q2，再由场效应管Q2输出模拟量信号。具有控制方式简单、负载线性稳定性高，电路抗干扰能力好的优点。输出的模拟量信号精度高满足多数应用场合需求。
[0041]通过设置开关SI，开关SI闭合时，输出的模拟量信号为电压信号，而开关SI断开时，输出的模拟量信号为电流信号。这样，用户可以根据需要获取电压信号或者电流信号，只需通过开关SI进行切换即可，满足客户的不同需求，应用范围广。
[0042]参见图3，实施例中的PWM脉冲信号，是采用占空相差一个单位的两个脉冲按一定的比例组成的方法获得的，使PWM脉冲信号具有更高的频率和分辨率。例如，单片机计数器频率为4MHz，设法产生2KHz的P丽脉冲。按照常规的P丽输出方式，分辨率仅为2000。而采用上述方法时，如PWM脉冲选用占空比为1000/2000和1001/2000的信号，但是介于两者之间的信号就无法输出。如，50个脉冲组合成一个新的PWM周期信号，可以前25个采用占空比为1000/2000的信号，后25个采用占空比为1001/2000的信号，则一组脉冲的周期为25ms。保持PWM的脉冲频率与计数器的频率，根据周期=分辨率*计数器脉冲时间，可以计算出此时分辨率为 100000。
[0043]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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
【主权项】
1.一种高精度PWM转模拟量输出电路，包括: 单片机PffM信号模块，用于输出PWM脉冲信号； 电源，采用开关电源，用于输出两组隔离电源电压UC及UR; 磁隔离电路，包括磁隔离芯片，所述PWM脉冲信号经磁隔离电路处理后输出方波信号； 电压基准源电路，用于将电源输出的隔离电源电压UR变换成高精度基准电压UA; 低通滤波器，用于将磁隔离芯片输出方波信号转成直流电压信号； V/I转换电路，用于将低通滤波器输出的直流电压信号转换为模拟量信号。2.根据权利要求1所述的高精度PWM转模拟量输出电路，其特征在于:所述磁隔离电路包括磁隔离芯片UI和电容C7，所述Ul的I脚连至电源的UC端，Ul的4脚连至GND，UI的I脚与4脚之间并联电容C7，所述UI的3脚连接单片机PffM脉冲信号，UI的8脚连接电压基准电路产生的基准电压UA，U1的5脚连至AGND，Ul的6脚连至低通滤波器的输入端，并向其输出方波信号。3.根据权利要求1所述的高精度PWM转模拟量输出电路，其特征在于:所述电压基准源电路包括电阻R2和稳压管Ql，所述R2的一端连接电源的UR端，R2的另一端连接稳压管Ql的N极，稳压管Ql的另一端连接AGND。4.根据权利要求2所述的高精度HVM转模拟量输出电路，其特征在于:所述低通滤波器包括电阻R4、R6和电容C1、C2，所述R4—端与Ul的6脚连接，R4另一端与R6、C1连接，Cl的另一端连至AGND，R6的另一端与C2、V/1转换电路连接，C2另一端连至AGND。5.根据权利要求4所述的高精度PffM转模拟量输出电路，其特征在于:所述V/I转换电路包括芯片1]3六，电阻1?7、1?8、1?9、1?10，电容03工4、05工6，场效应管02、开关31和模拟量信号输出端OUT-、OUT+，所述芯片U3A与R7、R8连接，R7另一端连接电压基准电路产生的基准电压1^，1?8另一端与04、1?9、场效应管02的源极连接，04、1?9另一端连至46冊，1^的1脚与2脚之间并联C6，U3A的8脚连接电源的UR端，U3A的4脚连至AGND，U3A的8脚与4脚之间并联C3，U3A的I脚连接场效应管Q2的栅极，所述场效应管Q2的漏极连接C5、R10和模拟量信号输出端OUT-，所述C5另一端连接电源的UR端和模拟量信号输出端OUT+，所述RlO另一端连接SI，S1另一端连接模拟量信号输出端OUT+。6.根据权利要求1所述的高精度PWM转模拟量输出电路，其特征在于:所述PWM脉冲信号的频率为1.5 KHz?2.5KHz及分辨率为16位以上。7.根据权利要求5所述的高精度PWM转模拟量输出电路，其特征在于:所述模拟量信号为4-20mA的电流信号或者1-5V的电压信号，开关SI闭合时，输出的模拟量信号为电压信号，而开关SI断开时，输出的模拟量信号为电流信号。
【文档编号】H03M1/66GK205647498SQ201620501665
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】丁文熙, 杨鹏飞
【申请人】福州福光百特自动化设备有限公司