一种电流输出型安全隔离栅的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电流输出型安全隔离栅，该电流输出型安全隔离栅包括相互隔离的电源区、安全区和危险区、输入端以及输出端，输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区，电源区用于产生供给安全区和危险区的隔离电源，安全区和危险区之间通过隔离变压器进行隔离，输出端与执行器连接，用于将输出电流传输给执行器。在本发明公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
【专利说明】—种电流输出型安全隔离栅
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化及仪器仪表领域，更具体的说，是涉及一种电流输出型安全隔离栅。
【背景技术】
[0002]安全隔离栅是一种接在本质安全电路和非本质安全电路之间，将供给本质安全电路的能量限制在一定安全范围内的装置。其中，本质安全电路连接危险区，非本质安全电路连接安全区。控制系统包含于非本质安全电路中，执行器包含于本质安全电路中。
[0003]电流输出型安全隔离栅是一种将控制系统的电流型标准工业信号(4?20mA)传递给执行器(例如，阀门)的设备。其主要按照电源区、安全区、危险区三区隔离的模式进行设计，其中，安全区连接控制系统形成输入电流环路，危险区连接执行器形成输出电流环路，正常状态下，输出电流环路可以完全复制输入电流环路的电流。
[0004]危险区断线是一种常见的故障，因此，在电流输出型安全隔离栅上都有断线检测及报警功能电路。断线检测及报警功能电路检测危险区断线的方式有多种，目前普遍采用的是通过对输出电流环路的电流信号进行采样，然后传到安全区，当采样电流小于4mA时，控制系统将该电流信号转换后，进行报警。
[0005]上述方式中，断线检测及报警功能电路将危险区是否断线的信息传递给安全区，涉及两个隔离区之间信息的传递，为了保证供给本质安全电路的能量在一定安全范围内，断线检测及报警功能电路需要满足本质安全电路的相关规范要求，现有技术中，一种方法是，采用普通光耦作为附加的隔离器件，并采用符合本质安全要求的熔断丝、限流电阻、齐纳管组成能量限制单元，限制电路的输出能量；另一种方法是选择符合本质安全规范要求的特殊光耦作为附加的隔离器件。
[0006]但是，上述两种方法中，都需要增加额外的光耦作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警电路是一个单独的信号传递回路，这将直接导致安全区和危险区的耦合通道增多，大大增加了供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提供了一种电流输出型安全隔离栅，以克服现有技术中在进行危险区断线检测时，由于需要增加额外的光耦作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，进而导致安全区和危险区的耦合通道增多，大大增加了供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]一种电流输出型安全隔离栅，包括:电源区、安全区、危险区、输入端以及输出端；
[0010]所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区；
[0011]所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源；[0012]所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离；
[0013]所述输出端与执行器连接，用于将通过隔离变压器耦合产生的输出电流传输给所述执行器。
[0014]优选的，所述安全区包括断线检测报警单元和所述隔离变压器的一次侧；
[0015]其中，所述断线检测报警单元用于接收所述电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输出给所述隔离变压器的一次侧。
[0016]优选的，所述危险区包括限能单元、电流复制单元和所述隔离变压器的二次侧；
[0017]其中，所述限能单元，用于保证传输给执行器的电源在预设安全范围内；
[0018]所述电流复制单元，用于通过所述隔离变压器的二次侧与所述隔离变压器的一次侧耦合产生所述输出电流。
[0019]优选的，所述隔离变压器的一次侧包括:第一开关、第一绕组、第二开关、第二绕组以及第一电容；
[0020]其中，所述第一开关的第一端与所述第一绕组的第一端连接；
[0021]所述第一绕组的第二端与所述第二绕组的第一端连接；
[0022]所述第二绕组的第二端与所述第二开关的第二端连接；
[0023]所述第二开关的第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0024]所述第一电容第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0025]所述第一电容的第二端与所述第一绕组的第二端连接；
[0026]所述隔离变压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第一绕组的第二端流入。
[0027]优选的，所述隔离变压器的二次侧包括:第三绕组、第三开关、第四绕组、第四开关以及第二电容；
[0028]其中，所述第三绕组的第一端与所述第三开关的第一端连接；
[0029]所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接；
[0030]所述第四开关的第二端与所述第四绕组的第二端连接；
[0031]所述第四绕组的第一端与所述第三绕组的第一端连接；
[0032]所述第二电容的第一端与所述第三开关的第二端连接并接地；
[0033]所述第二电容的第二端与所述第三绕组的第二端连接；
[0034]所述隔离变压器二次侧产生的所述输出电流由所述第三绕组的第二端流出。
[0035]优选的，所述断线检测报警单元包括:第一比较器、第一开关管和第一限流电阻；
[0036]其中，所述第一比较器的第一端连接基准电压，所述第一比较器的第二端连接所述第一电容的第二端，当所述第一电容的电压小于基准电压时，第一开关管导通；当所述第一电容的电压大于基准电压时，第一限流电阻导通，所述断线检测报警单元报警。
[0037]优选的，所述第一电容和所述第二电容均为0.1微法。
[0038]优选的，所述电流型安全隔离栅，还包括:
[0039]所述隔离电压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第二绕组的第一端流入。
[0040]优选的，所述电流型标准工业信号为4?20毫安的电流。
[0041]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种电流输出型安全隔离栅，该电流输出型安全隔离栅包括相互隔离的电源区、安全区和危险区、输入端以及输出端，所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区，所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源，所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离，所述输出端与执行器连接，用于将输出电流传输给所述执行器。在本发明公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0043]图1为本发明实施例一公开的一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图；
[0044]图2为本发明实施例二公开的另一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图；
[0045]图3为本发明实施例三公开的再一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]由【背景技术】可知，现有的电流输出型安全隔离栅中的断线检测及报警功能电路都需要增加额外的光耦作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警电路是一个单独的信号传递回路，这将直接导致安全区和危险区的耦合通道增多，大大增加了供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0048]因此，本发明公开了一种电流输出型安全隔离栅，该电流输出型安全隔离栅包括相互隔离的电源区、安全区和危险区、输入端以及输出端，所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区，所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源，所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离，所述输出端与执行器连接，用于将输出电流传输给所述执行器。在本发明公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0049]有关于该电流输出型安全隔离栅的具体结构及功能实现原理将通过以下实施例进行详细说明。
[0050]实施例一
[0051]请参阅附图1，为本发明公开的一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图。[0052]该电流输出型安全隔离栅由电源区10、安全区11、危险区12、输入端13以及输出端14组成。其连接关系具体如下:
[0053]所述输入端13与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区11。
[0054]需要说明的是，本实施例中公开的电流输出型安全隔离栅的电源区10、安全区11以及危险区12之间在电气上是完全隔离的，输入端13从控制系统(如DCS)获取的控制信号为4?20mA的电流型标准工业信号，该电流型标准工业信号直接进入电流输出型安全隔离栅的安全区11，危险区12可以复制安全区11输出的电流，正常情况下，误差一般可以控制到千分之一以下。
[0055]所述电源区10用于产生供给所述安全区11和所述危险区12的隔离电源。
[0056]所述安全区11和所述危险区12之间通过隔离变压器15进行隔离。
[0057]本实施例中安全区11和危险区12之间通过一个隔离变压器15相连，二者彼此之间电气隔离，基于隔离变压器15产生的磁场传递电流信号。当危险区断线的时候，那么危险区电流就始终为0，而安全区维持有电流，隔离变压器两端出现电流差，这时，隔离变压器线圈两端的感应电动势就会迅速增大，因此就可以通过从安全区检测感应电动势的大小来判断危险区是否发生了断线。
[0058]所述输出端14与执行器连接，用于将通过隔离变压器15耦合产生的输出电流传输给所述执行器。
[0059]本实施例公开了一种电流输出型安全隔离栅，该电流输出型安全隔离栅包括相互隔离的电源区、安全区和危险区、输入端以及输出端，所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区，所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源，所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离，所述输出端与执行器连接，用于将输出电流传输给所述执行器。在本实施例公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0060]以上实施例一仅仅简单给出了本申请公开的一种电流输出型安全隔离栅的模块组成，在上述实施例一的基础上，有关于各个模块的具体电路结构，将通过以下实施例进行详细描述。
[0061]实施例二
[0062]请参阅附图2，为本发明实施例中公开的另一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图，该电流输出型安全隔离栅具体由电源区10、安全区11、危险区12、输入端13以及输出端14组成。其中，安全区11包括断线检测报警单元110和所述隔离变压器15的一次侧；危险区12包括限能单元120、电流复制单元121和所述隔离变压器15的二次侧；
[0063]其连接关系具体如下:
[0064]所述输入端13与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区11。
[0065]需要说明的是，本实施例中公开的电流输出型安全隔离栅的电源区10、安全区11以及危险区12之间在电气上是完全隔离的，输入端13从控制系统(如DCS)获取的控制信号为4?20mA的电流型标准工业信号，该电流型标准工业信号直接进入电流输出型安全隔离栅的安全区11，危险区12可以复制安全区11输出的电流，正常情况下，误差一般可以控制到千分之一以下。
[0066]所述电源区10用于产生供给所述安全区11和所述危险区12的隔离电源。
[0067]所述安全区11和所述危险区12之间通过隔离变压器15进行隔离。
[0068]本实施例中安全区11和危险区12之间通过一个隔离变压器15相连，二者彼此之间电气隔离，基于隔离变压器15产生的磁场传递电流信号。
[0069]所述断线检测报警单元110用于接收所述电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输出给所述隔离变压器的一次侧。
[0070]断线检测报警单元110能够检测危险区的输出线路的断线状态。报警的方式可以多种多样，如逻辑信号报警、指示灯报警等，但是一般可以用限制安全区电流环电流小于4mA的方式进行报警，可以节省线缆及方便控制系统(如DCS)检测。在本实施例中，断线检测报警单元结合控制系统的特点，采取限流电路，将输入电流限制在4?20mA标准工业电流范围以外的方式进行报警，当控制系统检测到安全区电流环电流小于4mA时，可得知危险区断线，此时即可通过各种声光报警器进行报警。
[0071]所述隔离变压器15的一次侧包括:第一开关K1、第一绕组Tl、第二开关K2、第二绕组T2以及第一电容Cl ；
[0072]其中，所述第一开关的第一端与所述第一绕组的第一端连接；
[0073]所述第一绕组的第二端与所述第二绕组的第一端连接；
[0074]所述第二绕组的第二端与所述第二开关的第二端连接；
[0075]所述第二开关的第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0076]所述第一电容第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0077]所述第一电容的第二端与所述第一绕组的第二端连接；
[0078]所述隔离变压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第一绕组的第二端流入。
[0079]所述限能单元120，用于保证传输给执行器的电源在预设安全范围内；
[0080]所述电流复制单元121，用于通过所述隔离变压器的二次侧与所述隔离变压器的一次侧耦合产生所述输出电流。
[0081]需要说明的是，本实施例公开的危险区的具体结构与现有技术中危险区相比，仅仅是增加了隔离变压器的二次侧，其他结构并未发生变化，故有关于限能单元120以及电流复制单元121的具体电路及相关功能将不再详细说明。
[0082]具体的，所述隔离变压器的二次侧包括:第三绕组T3、第三开关K3、第四绕组T4、第四开关K4以及第二电容C2 ；
[0083]其中，所述第三绕组的第一端与所述第三开关的第一端连接；
[0084]所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接；
[0085]所述第四开关的第二端与所述第四绕组的第二端连接；
[0086]所述第四绕组的第一端与所述第三绕组的第一端连接；
[0087]所述第二电容的第一端与所述第三开关的第二端连接并接地；
[0088]所述第二电容的第二端与所述第三绕组的第二端连接；[0089]所述隔离变压器二次侧产生的所述输出电流由所述第三绕组的第二端流出。
[0090]所述输出端14与执行器连接，用于将通过隔离变压器耦合产生的输出电流传输给所述执行器。
[0091]在本实施例中，隔离变压器的四个绕组匝数完全一致，其方向按照附图2中隔离变压器的同名端标识进行绕制，KU K2分别和K3、K4同步交替开关，即预先设置一固定频率控制K1、K2、K3、K4的开关状态，根据固定频率，能够得出一固定的时间周期，在某一时间点，Kl和K3闭合，K2和K4断开，在上述时间周期之后，Kl和K3断开，同时，K2和K4闭合。由此可以使安全区输入电流(称为II)和危险区输出电流(称为12)在隔离变压器磁芯中产生的磁通方向始终相反，若Il大小等于12，那么磁通完全抵消，隔离变压器线圈两端没有感应电压产生，若Il大小不等于12，则磁通不能完全抵消，剩余的磁通总量为Φ4(11-12);根据电磁感应定律，隔离变压器线圈上产生的感应电压ε=ΛΦ/ΛΤ=2? (11-12)/AT，也即:隔离变压器线圈两端的感应电动势和安全区及危险区电流差值成正比。
[0092]本实施例中，基于隔离变压器传递信号的电流输出型安全隔离栅正是应用上述原理，通过控制ε的大小来使Il和12相匹配，ε越小则Il和12之间的误差越小。
[0093]当危险区断线的时候，那么危险区电流就始终为0，而安全区维持有电流，隔离变压器线圈两边出现电流差，这时变压器线圈两端的感应电动势ε会迅速增大，因此可以从安全区检测感应电动势的大小来判断危险区是否发生了断线。
[0094]本实施例公开的一种电流输出型安全隔离栅，在实施例一公开的电流输出型安全隔离栅的基础上，进一步描述了该电流输出型安全隔离栅的电路结构及具体实现原理。在本实施例公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0095]为了进一步描述上 述实施例公开的电流输出型安全隔离栅是如何检测危险区断线及进行报警的，本申请还给出以下实施例进行详细说明。
[0096]实施例三
[0097]请参阅附图3，为本发明实施例中公开的再一种电流输出型安全隔离栅具体结构示意图，该电流输出型安全隔离栅具体由电源区10、安全区11、危险区12、输入端13以及输出端14组成。其中，安全区11包括断线检测报警单元110和所述隔离变压器15的一次侧；危险区12包括限能单元120、电流复制单元121和所述隔离变压器15的二次侧；
[0098]其连接关系具体如下:
[0099]所述输入端13与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区11。
[0100]需要说明的是，本实施例中公开的电流输出型安全隔离栅的电源区10、安全区11以及危险区12之间在电气上是完全隔离的，输入端13从控制系统(如DCS)获取的控制信号为4~20mA的电流型标准工业信号，该电流型标准工业信号直接进入电流输出型安全隔离栅的安全区11，危险区12可以复制安全区11输出的电流，正常情况下，误差一般可以控制到千分之一以下。
[0101]所述电源区10用于产生供给所述安全区11和所述危险区12的隔离电源。
[0102]所述安全区11和所述危险区12之间通过隔离变压器15进行隔离。[0103]本实施例中安全区11和危险区12之间通过一个隔离变压器15相连，二者彼此之间电气隔离，基于隔离变压器15产生的磁场传递电流信号。
[0104]所述断线检测报警单元110用于接收所述电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输出给所述隔离变压器的一次侧。
[0105]断线检测报警单元110能够检测危险区的输出线路的断线状态。报警的方式可以多种多样，如逻辑信号报警、指示灯报警等，但是一般可以用限制安全区电流环电流小于4mA的方式进行报警，可以节省线缆及方便控制系统(如DCS)检测。在本实施例中，断线检测报警单元结合控制系统的特点，采取限流电路，将输入电流限制在4?20mA标准工业电流范围以外的方式进行报警，当控制系统检测到安全区电流环电流小于4mA时，可得知危险区断线，此时即可通过各种声光报警器进行报警。
[0106]具体的，本实施例中，断线检测报警单元110包括:第一比较器U1、第一开关管Q5和第一限流电阻Rl ；
[0107]其中，所述第一比较器的第一端连接基准电压Vref，所述第一比较器的第二端连接所述第一电容的第二端，当所述第一电容的电压小于基准电压Vref时，第一开关管导通；当所述第一电容的电压大于基准电压Vref时，第一限流电阻导通，所述断线检测报警
单元报警。
[0108]所述隔离变压器15的一次侧包括:第一开关K1、第一绕组Tl、第二开关K2、第二绕组T2以及第一电容Cl ;所述第一电容Cl的值可以为0.1微法，也可以根据实际情况选用其他大小的电容作为第一电容Cl。
[0109]其中，所述第一开关的第一端与所述第一绕组的第一端连接；
[0110]所述第一绕组的第二端与所述第二绕组的第一端连接；
[0111]所述第二绕组的第二端与所述第二开关的第二端连接；
[0112]所述第二开关的第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0113]所述第一电容第一端与所述第一开关的第二端连接；
[0114]所述第一电容的第二端与所述第一绕组的第二端连接；
[0115]所述隔离变压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第一绕组的第二端流入。
[0116]所述限能单元120，用于保证传输给执行器的电源在预设安全范围内；
[0117]所述电流复制单元121，用于通过所述隔离变压器的二次侧与所述隔离变压器的一次侧耦合产生所述输出电流。
[0118]需要说明的是，本实施例公开的危险区的具体结构与现有技术中危险区相比，仅仅是增加了隔离变压器的二次侧，其他结构并未发生变化，故有关于限能单元120以及电流复制单元121的具体电路及相关功能将不再详细说明。
[0119]具体的，所述隔离变压器的二次侧包括:第三绕组T3、第三开关K3、第四绕组T4、第四开关K4以及第二电容C2 ;所述第二电容C2的值可以为0.1微法，也可以根据实际情况选用其他大小的电容作为第二电容C2。
[0120]其中，所述第三绕组的第一端与所述第三开关的第一端连接；
[0121]所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接；
[0122]所述第四开关的第二端与所述第四绕组的第二端连接；[0123]所述第四绕组的第一端与所述第三绕组的第一端连接；
[0124]所述第二电容的第一端与所述第三开关的第二端连接并接地；
[0125]所述第二电容的第二端与所述第三绕组的第二端连接；
[0126]所述隔离变压器二次侧产生的所述输出电流由所述第三绕组的第二端流出。
[0127]所述输出端14与执行器连接，用于将通过隔离变压器耦合产生的输出电流传输给所述执行器。
[0128]在本实施例中，隔离变压器的四个绕组匝数完全一致，其方向按照附图2中隔离变压器的同名端标识进行绕制，KU K2分别和K3、K4同步交替开关，即预先设置一固定频率控制K1、K2、K3、K4的开关状态，根据固定频率，能够得出一固定的时间周期，在某一时间点，Kl和K3闭合，K2和K4断开，在上述时间周期之后，Kl和K3断开，同时，K2和K4闭合。由此可以使安全区输入电流(称为II)和危险区输出电流(称为12)在隔离变压器磁芯中产生的磁通方向始终相反，若I1大小等于12，那么磁通完全抵消，隔离变压器线圈两端没有感应电压产生，若I1大小不等于12，则磁通不能完全抵消，剩余的磁通总量为Φ4(11-12);根据电磁感应定律，隔离变压器线圈上产生的感应电压ε=ΔΦ/ΔΤ=2? (11-12)/AT，也即:隔离变压器线圈两端的感应电动势和安全区及危险区电流差值成正比。
[0129]本实施例中，基于隔离变压器传递信号的电流输出型安全隔离栅正是应用上述原理，通过控制ε的大小来使Il和12相匹配，ε越小则Il和12之间的误差越小。
[0130]当危险区断线的时候，那么危险区电流就始终为0，而安全区维持有电流，隔离变压器线圈两边出现电流差，这时变压器线圈两端的感应电动势ε会迅速增大，因此可以从安全区检测感应电动势的大小来判断危险区是否发生了断线。
[0131]具体的，当电流输出型安全隔离栅正常工作的时候，安全区输入电流I1和危险区的输出电流12大小相等，隔离变压器绕组的感应电动势ε~0，即C1两端的电压约为0;而危险区断线的情况下，隔离变压器绕组的感应电动势ε是一个较大的值。
[0132]用Ul对此电压进行采样，与一个基准电压Vref比较，比较的结果用于控制输入电流环的限流电路，具体控制过程如下:
[0133]正常工作时候，感应电压远远小于Vref，Ul输出高电压，驱动开关管Q5完全开通。当危险区断线的时候，感应电压远远大于Vref，U1输出低电压，驱动开关管Q5完全关断，此时电流仅能从R1上流入隔离变压器，一般根据控制系统(如DCS)输出电压最大为24V，可以设计适当的电阻R1，令此时从R1上流入的电流小于4mA (4mA电流不在标准工业电流4~20mA范围以内)，既可以实现报警功能，又可以支持断线检测电路的可靠工作。
[0134]需要说明的是，Vref是一个预设的电压值，该电压值应当大于正常工作时候变压器的感应电压，并小于断线情况下的感应电压，通常都要进行一定的升额或降额设计以满足可靠运行的需要，另外，Vref即可以是一个固定的值，也可以是一个变化的值，即可以参与环路控制。
[0135]进一步需要说明的是，所述隔离电压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第二绕组的第一端流入。也就是说，隔离变压器四个绕组的方向除了按照附图2中的同名端标识进行绕制以外，还可以将一次侧绕组同名端标识的方向设置为与二次侧绕组同名端标识的方向相同，此时，在某一时间点K1和K4闭合，K2和K3断开，在一定时间周期后，Kl和K4断开，K2和K3闭合，后续检测危险区断线的原理与之前描述的相似，此处不再赘述。[0136]本实施例公开的一种电流输出型安全隔离栅，在实施例二公开的电流输出型安全隔离栅的基础上，进一步描述了该电流输出型安全隔离栅的如何通过置于安全区的断线检测及报警单元进行危险区断线的检测。在本实施例公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0137]综上所述:
[0138]本发明公开了一种电流输出型安全隔离栅，该电流输出型安全隔离栅包括相互隔离的电源区、安全区和危险区、输入端以及输出端，所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区，所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源，所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离，所述输出端与执行器连接，用于将输出电流传输给所述执行器。在本发明公开的电流输出型安全隔离栅中，通过使用隔离变压器作为隔离器件来实现安全区和危险区的连接，使得断线检测及报警在安全区就能实现，不用形成途经安全区和危险区的信号耦合通道，进而能降低供给本质安全电路的能量超出安全范围的风险。
[0139]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0140]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0141]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种电流输出型安全隔离栅，其特征在于，包括:电源区、安全区、危险区、输入端以及输出端； 所述输入端与控制系统连接，用于获取电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输入至所述安全区； 所述电源区用于产生供给所述安全区和所述危险区的隔离电源； 所述安全区和所述危险区之间通过隔离变压器进行隔离； 所述输出端与执行器连接，用于将通过隔离变压器耦合产生的输出电流传输给所述执行器。
2.根据权利要求1所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述安全区包括断线检测报警单元和所述隔离变压器的一次侧； 其中，所述断线检测报警单元用于接收所述电流型标准工业信号，并将所述电流型标准工业信号输出给所述隔离变压器的一次侧。
3.根据权利要求2所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述危险区包括限能单元、电流复制单元和所述隔离变压器的二次侧； 其中，所述限能单元，用于保证传输给执行器的电源在预设安全范围内； 所述电流复制单元，用于通过所述隔离变压器的二次侧与所述隔离变压器的一次侧耦合产生所述输出电流。
4.根据权利要求2所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述隔离变压器的一次侧包括:第一开关、第一绕组、第二开关、第二绕组以及第一电容； 其中，所述第一开关的第一端与所述第一绕组的第一端连接； 所述第一绕组的第二端与所述第二绕组的第一端连接； 所述第二绕组的第二端与所述第二开关的第二端连接； 所述第二开关的第一端与所述第一开关的第二端连接； 所述第一电容第一端与所述第一开关的第二端连接； 所述第一电容的第二端与所述第一绕组的第二端连接； 所述隔离变压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第一绕组的第二端流入。
5.根据权利要求3所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述隔离变压器的二次侧包括:第三绕组、第三开关、第四绕组、第四开关以及第二电容； 其中，所述第三绕组的第一端与所述第三开关的第一端连接； 所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接； 所述第四开关的第二端与所述第四绕组的第二端连接； 所述第四绕组的第一端与所述第三绕组的第一端连接； 所述第二电容的第一端与所述第三开关的第二端连接并接地； 所述第二电容的第二端与所述第三绕组的第二端连接； 所述隔离变压器二次侧产生的所述输出电流由所述第三绕组的第二端流出。
6.根据权利要求2所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述断线检测报警单元包括:第一比较器、第一开关管和第一限流电阻； 其中，所述第一比较器的第一端连接基准电压，所述第一比较器的第二端连接所述第一电容的第二端，当所述第一电容的电压小于基准电压时，第一开关管导通；当所述第一电容的电压大于基准电压时，第一限流电阻导通，所述断线检测报警单元报警。
7.根据权利要求6所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容均为0.1微法。
8.根据权利要求4所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，还包括: 所述隔离电压器一次侧接收的电流型标准工业信号由所述第二绕组的第一端流入。
9.根据权利要求1~8任意一项所述的电流型安全隔离栅，其特征在于，所述电流型标准工业信号为4~20毫安的电流。`
【文档编号】G01R31/02GK103490397SQ201310476136
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】陈宇, 王文辉, 段汝良 申请人:浙江中控技术股份有限公司