一种检测用信号隔离电路的制作方法

本实用新型涉及模数转换电路领域，尤其是涉及一种检测用信号隔离电路。

背景技术：

在电力终端设备应用环境中，经常需要将现场环境中的一些模拟量信息采集到 CPU(Central Processing Unit，中央处理器)进行监测，被采集的模拟量信息可能是电压 信号也可能是电流信号。一般情况下，电压信号输入范围在0～5V，电流信号输入范围在4～ 20mA。为了能准确地对模拟量信号进行采集，同时不引入各种电磁干扰，必须在外接电路与 CPU之间进行隔离，隔离通常可采用隔离放大法和光电隔离法。

现有技术中，对模拟量信息的采集一般是先经过隔离电路处理，再直接进入CPU的 模数转换接口。其原理如图1所示，其中AIN为模拟信号。隔离电路的处理方法不仅包括数字光电隔离器，还包括隔离放大器。

隔离放大器采用磁耦合方法使放大器的输出和输入之间完全没有电气联系，从而 使其既隔离了干扰源，抑制了干扰信号，又完成了对信号的放大。隔离放大器内部集成了高性能的输入输出放大器、调制解调器、信号耦合变压器等单元器件。但是这种隔离放大器虽然精度高，失真度较小，但是对于大电流信号或大电压信号进行采集时，其虽然能够保证高精度前提下的隔离，但是其本身功率消耗大，对于集成于固定设备中的信号采集电路，就会相应的增加电能的消耗，如汽车，配电柜等。

而光电隔离的方法则比较常用，它是利用光信号作为媒介进行光电转换的一种方法。电气上，这种方法将测量系统与现场测量环境完全隔离，减小了外界干扰对系统的影响。其虽然功率消耗低，但是相较于隔离放大器来说，其检测精度偏低，一般都需要增加外围电路保证其精度。

基于以上两种隔离方法的特征，现有的信号采集电路均为针对一特定状况下定做而成的信号采集电路，其每一AIN接口均固化为一种功能，当需要通过信号采集电路采集多种环境下的多种AIN时，其普遍适用性不强。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种检测用信号隔离电路，该信号采集电路能够适应多种环境下的多种模拟信号采集。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种检测用信号隔离电路，包括若干用于采集AIN信号的采样电路、CPU以及与CPU连接的输出端，每一采样电路与所述CPU之间均设置有隔离放大器和光电隔离器，采样电路通过隔离选通单元连接所述隔离放大器和光电隔离器，当采样电路输出的采样信号的有效值大于预设电压时，所述隔离选通单元连通所述采样电路和光电隔离电路，当采样信号小于预设电压时，所述隔离选通单元连通所述采样电路和光电隔离器。

通过采用上述技术方案，每一采样电路均连接两种隔离器，即隔离放大器以及光电隔离器，隔离选通单元可根据采样信号的有效值选通不同的隔离器。当采样信号的有效值大于预设电压时，说明所采集的AIN信号电压值较大，对于较大的信号，一般对于其精度的要求会降低，同时要求降低功率的消耗，此时，通过光电隔离电路实现对采样信号的隔离，能够在实现有效隔离的前提下，降低隔离器的功率消耗，当采样信号的有效值小于预设电压时，说明所采集的AIN信号电压值较低，属于微小信号，对于微小信号，要求其在隔离的前提下能够保证高精度的隔离以及保真，此时选用隔离放大器作为隔离器，可保证对微小信号数据采集的准确性。两种隔离器以及隔离选通单元的设置使得该隔离电路能够适应多种环境下的多种模拟信号的采集。

作为本实用新型的改进，所述隔离选通单元包括：

比较模块，耦接所述采样电路，用于接收采样信号，当采样信号的有效值大于预设电压时，输出光电选通信号，当采样信号的有效值小于预设电压时，输出隔离选通信号；

选通模块，耦接比较模块，当接收到隔离选通模块时，连通所述采样电路与所述隔离放大器，当接收到光电选通信号时，连通所述采样电路与所述光电隔离器。

作为本实用新型的改进，所述光电隔离器与所述隔离放大器顺序串联于采样电路和CPU之间，所述选通模块包括分别与光电隔离器和隔离放大器并联的第一短路开关和第二短路开关，所述第一短路开关响应隔离选通信号闭合，所述第二短路开关响应光电选通信号闭合。

作为本实用新型的改进，所述光电隔离器与第一固定电阻串联组成与所述第一短路开关并联的光电支路，所述隔离放大器与第二固定电阻串联组成与所述第二短路开关并联的放大支路。

作为本实用新型的改进，所述第一短路开关和第二短路开关均设置为可控硅。

作为本实用新型的改进，所述比较模块包括；

基准单元，包括串接于电源的第一基准电阻和第二基准电阻，第一基准电阻和第二基准电阻耦接的节点输出所述预设电压；

比较器，所述比较器的正向输入端耦接所述基准单元，用于接收所述预设电压，比较器的反相输入端通过一滤波电容耦接所述采样电路。

作为本实用新型的改进，所述比较器与所述选通模块之间串接有光电耦合器。

作为本实用新型的改进，所述光电耦合器的输出端连接所述第二短路开关的触发端，并通过一反相器连接所述第一短路开关的触发端。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.适用范围广，通过内置隔离放大器以及光电隔离器，使得该信号隔离电路能够适用于多种信号的检测；

2.安全性高，通过设置光电耦合器，实现了隔离选通电路与两个隔离器之间的电隔离，避免由于隔离选通电路工作的不稳定性影响到隔离器的工作。

附图说明

图1是现有技术中模数转换电路；

图2是本实用新型中的信号隔离电路的电路图；

图3是隔离选通单元电路结构示意图。

图中，1、比较模块；2、选通模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图2，为本实用新型公开的一种检测用信号隔离电路，包括若干用于采集AIN信号的采集支路、与每一采集支路连接的CPU以及与CPU连接的输出端。其中，CPU优选为具有内置ADC功能的单片机，输出端为多路输出端口。

每一采集支路均包括用于采集AIN信号的采样电路、与采样电路连接的隔离选通单元以及与隔离选通单元连接的隔离放大器和光电隔离器。采样电路采集到AIN信号后输出相应的采样信号。当采样电路输出的采样信号的有效值大于预设电压时，所述隔离选通单元连通所述采样电路和光电隔离电路，当采样信号小于预设电压时，所述隔离选通单元连通所述采样电路和光电隔离器。

此处对光电隔离器以及隔离放大器的选用不做限定，但均在本实用新型的说明范围内，隔离放大器优选为ISO124U型号的隔离放大器，光电隔离器的型号优选为EL357N-C。

如图3所示，隔离选通单元包括比较模块1以及与比较模块1连接的选通模块2。

比较模块1，耦接采样电路，用于接收采样信号，当采样信号的有效值大于预设电压时，输出光电选通信号，当采样信号的有效值小于预设电压时，输出隔离选通信号。

选通模块2，耦接比较模块1，当接收到隔离选通模块2时，连通采样电路与所述隔离放大器，当接收到光电选通信号时，连通所述采样电路与所述光电隔离器。

其中，光电隔离器与所述隔离放大器顺序串联于采样电路和CPU之间，选通模块2包括分别与光电隔离器和隔离放大器并联的可控硅D1和可控硅D2。可控硅D1和可控硅D2的触发端用于接收上述光电选通信号和隔离选通信号。

优选的，光电隔离器与固定电阻R4串联组成与可控硅D1并联的光电支路，隔离放大器与固定电阻R5串联组成与可控硅D2并联的放大支路。当可控硅D1被触发时，可控硅D1将形成对光电隔离器的短路，使得采样电路输出的采样信号通过隔离放大器输出至CPU，当可控硅D2被触发时，可控硅D2将形成对隔离放大器的短路，使得采样电路输出的采样信号通过光电隔离器输出至CPU。固定电阻R4和固定电阻R5的设置提供了光电支路以及放大支路足够的电阻值，使得可控硅D1或可控硅D2被出发时，能够分别形成对光电隔离器或隔离放大器的有效短路。

上述比较模块1包括基准单元、比较器DT以及光电耦合器U1。

基准单元，包括串接于电源的固定电阻R1和电位器R2，固定电阻R1和电位器R2耦接的节点输出上述预设电压；比较器DT的正向输入端耦接基准单元，用于接收预设电压，比较器DT的反相输入端通过一滤波电容C耦接采样电路。采样电路输出的采样信号经过滤波电容C时，滤波电容C达到充放电的平衡，从而生成一反应采样信号大小的有效值，该有效值正比于采样信号通过电子元件时的功率有效值。当有效值大于预设电压值时，比较器DT的输出端输出低电位的第一比较信号，当有效值小于预设电压值时，比较器DT的输出端输出高电位的第二比较信号。

光电耦合器U1的输入端耦接比较器DT的输出端，光电耦合器U1的输出端通过一上拉电阻R3连接电源正极。同时，光电耦合器U1的输出端直接连接可控硅D2的触发端，并通过一反相器U2连接可控硅D1的触发端。当比较器DT输出第一比较信号时，可控硅D2被触发导通，采样电路通过光电隔离器连通CPU，当比较器DT输出第二比较信号时，可控硅D1被触发导通，采样电路通过隔离放大器连通CPU。

当采样信号的有效值大于预设电压时，说明所采集的AIN信号电压值较大，对于较大的信号，一般对于其精度的要求会降低，同时要求降低功率的消耗，此时，通过光电隔离电路实现对采样信号的隔离，能够在实现有效隔离的前提下，降低隔离器的功率消耗，当采样信号的有效值小于预设电压时，说明所采集的AIN信号电压值较低，属于微小信号，对于微小信号，要求其在隔离的前提下能够保证高精度的隔离以及保真，此时选用隔离放大器作为隔离器，可保证对微小信号数据采集的准确性。两种隔离器以及隔离选通单元的设置使得该隔离电路能够适应多种环境下的多种模拟信号的采集。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。