专利名称：一种输入/输出隔离模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种隔离模块，特别是指一种输入/输出隔离模块。
背景技术：
在共地的电气设备之间，容易产生地环流，使得各种设备之间出现相互干扰的情况。通常，解决这种问题的方法，是通过在所述设备之间设置一隔离模块，以实现设备之间的电气隔离，解决干扰。在核电站系统中的各种设备之间，需要设置一可以选择输入或输出的、并能够在输入和输出之间提供高度电隔离的隔离模块。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种输入/输出隔离模块，以实现输入或输出的选择，并在输入和输出之间提供高度的电隔离。本实用新型提供的一种输入/输出隔离模块，其特征在于，包括输入调制电路10，用于调制外部输入的电压信号或电流信号；输出解调电路20，与输入调制电路10相连接，用于解调所述输入电压信号或电流信号，以将其与噪声区分开；输出电压/电流变换电路30，与输出解调电路20相连接，用于将已解调的电压信号转换为电流信号并输出；输出电流/电压变换电路40，与输出解调电路20相连接，用于将已解调的电流信号转换为电压信号并输出；输入电源电路50，与输入调制电路10相连接，用于为输入调制电路10供电；输出电源电路60，与输出解调电路20相连接，用于为输出调制电路20、电压/电流变换电路和电流电压/变换电路供电；隔离电源电路70，与输入电源电路50或输出电源电路60相连接，用于为输入电源电路50或输出电源电路60提供与外部总电源隔离的电压；参考电源电路80，与隔离电源电路70相连接，并与外部总电源相连接，用于为隔离电源电路70、输入电源电路50或输出电源电路60提供稳定的电压。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输入调制电路10的输入端与输出端之间依次连接的时钟电路90、触发电路100和过压保护电路110。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括与所述输出解调电路20相连接的过压保护电路120。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电压/电流转换电路 30的输入端与输出端之间连接有过压保护电路130。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电流/电压转换电路40的输入端与输出端之间依次连接的电压跟随电路140，过压保护电路150，160。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输入电源电路50的输入端与输出端之间依次连接的稳压电路170，过压保护电路180，190。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电源电路60的输入端与输出端之间依次连接的稳压电路200，过压保护电路210，220。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，所述隔离电源电路70包括斩波电路71，用于稳压调节；整流滤波电路72，用于输出与外部总电源隔离的电压。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述隔离电源电路70的输入端与输出端之间依次连接的过压保护电路230和滤波电路M0。上述输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括与所述参考电源电路80相连接的过压保护电路250。由上可以看出，实用新型可以实现输入或输出的选择，并可在输入和输出之间提供高度的电隔离。
图1为本实用新型一种输入/图2为本实用新型一种输入/图3为本实用新型一种输入/图4为本实用新型一种输入/图5为本实用新型一种输入/图6为本实用新型一种输入/图7为本实用新型一种输入/图8为本实用新型一种输入/图9为本实用新型一种输入/图10为本实用新型一种输入图11为本实用新型一种输入图12为本实用新型一种输入图13为本实用新型一种输入图14为本实用新型一种输入图；图15为本实用新型一种输入图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型提供的一种输入/输出隔离模块进行详细地介绍。如图1所示，本实用新型提供的一种输入/输出隔离模块主要由输入调制电路10， 与输入调制电路相连接的输出解调电路20，与输出解调电路20相连接的输出电压/电流变换电路30和输出电流/电压变换电路40，与输入调制电路10相连接的输入电源电路50，
ζ输出隔离模块的电路原理图； ζ输出隔离模块的输入调制电路图； ζ输出隔离模块的输入调制电路的信号波形图； ζ输出隔离模块的输出解调电路图； ζ输出隔离模块的输出解调电路的信号波形图； ζ输出隔离模块的输出电压/电流变换电路图； ζ输出隔离模块的输出电流/电压变换电路图； ζ输出隔离模块的输入电源电路图； ζ输出隔离模块的输出电源电路图； /输出隔离模块的参考电源电路图； /输出隔离模块的隔离电源电路图； /输出隔离模块实现输入隔离的接线图； /输出隔离模块实现输出隔离的接线图； /输出隔离模块实现电压输入、电流输出模式的接线
/输出隔离模块实现电流输入、电压输出模式的接线与输出解调电路20相连接的输出电源电路60，与输入电源电路50或输出电源电路60相连接的隔离电源电路70和参考电源电路80，其中参考电源电路80与外部总电源连接。需要说明的是，图1中上述电路各个部分中的电路仅示出了主要器件，具体每个部分可参见其他电路图。其中输入调制电路10用于调制外部输入的电压信号或电流信号。所述电压信号的范围是+1 +5V，所述电流信号的范围是4 20mA。输出解调电路20用于解调所述输入电压信号或电流信号，以将其与噪声区分开来。输出电压/电流变换电路30用于将已解调的电压信号转换为电流信号并输出。经转换后的电流信号范围是4 20mA。输出电流/电压变换电路40用于将已解调的电流信号转换为电压信号并输出。经转换后的电压信号范围是+1 +5V。输入电源电路50用于为输入调制电路10供电。输出电源电路60用于为输出调制电路20，电压/电流变换电路供电和电流电压/ 变换电路，其与输入电源电路50相互电隔离。隔离电源电路70用于为输入电源电路50或输出电源电路60提供与外部总电源隔离的^V电压。 参考电源电路80用于为隔离电源电路70提供18V电压，为输入电源电路50或输出电源电路60提供^V电压。
以下结合附图对本实用新型进一步详细说明。本实用新型的输入/输出隔离，主要是通过输入调制电路10和输出解调电路20 之间的电容耦合，及其各自的单独电源(输入电源电路50和输出电源电路60)来实现的。如图2所示的输入调制电路10，用于调制外部输入的电压信号或电流信号(输入信号)，下面对该电路进行说明输入调制电路10主要通过比较放大器A5实现输入信号的调制。另外，在输入调制电路10的输入端与输出端之间依次连接有一个由逻辑电路A4-1和A4-2串联构成的时钟电路90 ；—个由逻辑电路A4-3和A4-4串联构成的触发电路100 ；以及由热敏电阻R47和 R48并联构成的过压保护电路110。具体而言，如图2、图3所示，当时钟电路发出的时钟脉冲输出信号①从高电平向低电平变化时(仅在时钟脉冲输出信号①发生变化时，其变化才能经电容C22发送出去)， 逻辑电路A4-3在其输入端6(触发电路的输入端之一)接收到一个低电平(触发电路输入信号②)，接着在其输出端(逻辑电路A4-3输出端4)输出一个高电平。由电容C23以类似短路那样工作，将高电平发送到逻辑电路A4-4的输入端1，2。逻辑电路A4-4的输出端3发送一个低电平信号至逻辑电路A4-3的输入端5。在时钟脉冲输出信号①的变化终止时，逻辑电路A4-3的输入端6复位到高电平，但是，由于逻辑电路A4-3的输入端5为低电平，因此触发电路仍然处于原来的状态。同时，通过逻辑电路A4-3的输入端4输出的高电平，为电容C27充电。通过电阻R42和晶体管Q5，为电容C23充电(Q5的电流经放大电路的输出信号调制)。当为电容C23充电时，逻辑电路A4-4的输入端1和2之间的电位便下降。当该电位下降至转位电位③时，逻辑电路A4-4的输入和输出信号反向。此时，逻辑电路A4-3
5的输入端5和6都接收到高电平信号，于是其输出端4置于低电平，即输出信号④为低电平信号。加到逻辑电路A4-4输入端1和2的电压变化速度取决于电容C23的充电电流，即晶体管Q5的电流。由于Q5的电流经由放大电路的输出信号调制，这样逻辑电路A4-3输出端 4上的脉冲宽度，决定了电容C27两端的电压，因此所述输出信号的平均值在任何时候都等于输入信号。即，经放大电路(比较放大器似)调制的输出信号在任何时候，其平均值保持在一个与电容C27两端的输入信号相等的电压。因此，在输入调制电路10的输出端的脉冲宽度取决于所述输入信号。输入调制电路10可以接受一个+1 +5V的电压信号，或一个4 20mA的电流信号。通过外接线的变化，可以实现这两种信号的转换如图2所示，对于输入信号为电压信号来说，不安装跨接线K1，直接把电压信号加到比较放大器A5的输入端，即完成图14示出的电压/电流转换；对于输入信号为电流信号来说，需要安装跨接线K1，即完成如图15示出的电流/电压转换。该电流信号在测量电阻 RM的两端形成一个电压降，该电压降被加到比较放大器A5的输入端。另外，输入调制电路10中的过压保护电路(热敏电阻R47和R48)可以用来防止可能被加到比较放大器A5的输入端的测量电阻RM过压。电容C21使输入调制电路10与输出解调电路20隔离。通过测试插孔测量电阻R50的电流，便可以由此测量出输入电流的大小。经输入调制电路10调制后的输入信号通过电容耦合(电容C21与图4示出的电容C17、C20进行耦合)，传送至输出解调电路20。在所述输入信号由低电平向高电平转换期间，如图4所示，逻辑电路A3-1的输入端12和13，以及逻辑电路A3-2的输入端8接收到高电平信号。逻辑电路A3-3的输入端1接收到低电平信号，其输出端3处为高电平信号。在所述输入信号由低电平向高电平转换结束后，逻辑电路A3-1的输入端12和13 复位到低电平，而逻辑电路A3-2的输入端8保持高电平。经接线口 VS (由输出电源电路60 提供，将在下文介绍)外加在逻辑电路A3-2输入端8和9的电信号，通过电阻R25，保持高电平，其输出端10为低电平，同时逻辑电路A3-3的输入端3保持高电平。在上述过程中，当所述输入信号为高电平信号时，逻辑电路A3-3输出端3输出的也是高电平信号，并通过电阻R34-1对电容C16进行加载。在所述输入信号由高电平向低电平转换期间，逻辑电路A3-1的输入端12和13，以及逻辑电路A3-2的输入端8接收到低电平信号(图5示出了逻辑电路A3-1的输入端12 和13的输入信号波形①，以及逻辑电路A3-2的输入端8的输入信号波形②)，A3-3的输入端1和2接收到高电平信号，则其输出端3输出低电平信号。在所述输入信号由高电平向低电平转换结束后，通过接线口 VS外加在逻辑电路 A3-2的输入端8处的电信号，通过电阻R25保持在高电平，逻辑电路A3-1的输入端12和 13通过电阻R38保持在低电平，逻辑电路A3-3的输入端1和2为高电平，其输出端3为低电平。在上述过程中，当所述输入信号为电平信号时，逻辑电路A3-3的输出信号也是低电平信号，电容C16通过电阻R34-1放电。关于输出解调电路中各逻辑电路输入/输出端高低电平转换状态，可参见表1及图5示出的输出解调电路的信号波形。表1.输出解调电路中各逻辑电路输入/输出端高低电平转换状态表[0067]
权利要求1.一种输入/输出隔离模块，其特征在于，包括输入调制电路(10)，用于调制外部输入的电压信号或电流信号； 输出解调电路(20)，与输入调制电路(10)相连接，用于解调所述输入电压信号或电流信号，以将其与噪声区分开；输出电压/电流变换电路(30)，与输出解调电路00)相连接，用于将已解调的电压信号转换为电流信号并输出；输出电流/电压变换电路(40)，与输出解调电路00)相连接，用于将已解调的电流信号转换为电压信号并输出；输入电源电路(50)，与输入调制电路(10)相连接，用于为输入调制电路(10)供电； 输出电源电路(60)，与输出解调电路00)相连接，用于为输出调制电路00)、电压/ 电流变换电路和电流电压/变换电路供电；隔离电源电路(70)，与输入电源电路(50)或输出电源电路(60)相连接，用于为输入电源电路(50)或输出电源电路(60)提供与外部总电源隔离的电压；参考电源电路(80)，与隔离电源电路(70)相连接，并与外部总电源相连接，用于为隔离电源电路(70)、输入电源电路(50)或输出电源电路(60)提供稳定的电压。
2.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输入调制电路(10)的输入端与输出端之间依次连接的时钟电路(90)、触发电路(100)和过压保护电路(110)。
3.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括与所述输出解调电路00)相连接的过压保护电路(120)。
4.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电压 /电流转换电路(30)的输入端与输出端之间连接有过压保护电路(130)。
5.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电流 /电压转换电路GO)的输入端与输出端之间依次连接的电压跟随电路(140)，过压保护电路(150，160)。
6.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输入电源电路(50)的输入端与输出端之间依次连接的稳压电路(170)，过压保护电路(180，190)。
7 根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述输出电源电路(60)的输入端与输出端之间依次连接的稳压电路000)，过压保护电路010，220)。
8.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，所述隔离电源电路(70) 包括斩波电路(71)，用于稳压调节；整流滤波电路(72)，用于输出与外部总电源隔离的电压。
9.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括在所述隔离电源电路(70)的输入端与输出端之间依次连接的过压保护电路O30)和滤波电路040)。
10.根据权利要求1所述的输入/输出隔离模块，其特征在于，还包括与所述参考电源电路(80)相连接的过压保护电路050)。
专利摘要本实用新型提供的一种输入/输出隔离模块，包括输入调制电路用于调制外部输入的电压信号/电流信号；输出解调电路用于解调所述输入电压信号/电流信号；输出电压/电流变换电路和输出电流/电压变换电路分别用于将已解调的电压/电流信号转换为电流/电压信号并输出；输入电源电路用于为输入调制电路供电；输出电源电路用于为输出调制电路、电压/电流变换和电流电压/变换电路供电；隔离电源电路用于为输入或输出电源电路提供与外部总电源隔离的电压；参考电源电路用于为隔离电源电路、输入或输出电源电路提供稳定的电压。以实现输入或输出的选择，并在输入和输出之间提供高度的电隔离。
文档编号H03K19/14GK202014236SQ20112005085
公开日2011年10月19日 申请日期2011年2月28日 优先权日2010年10月19日
发明者侯婷, 李岩, 杨晓奇, 邱建文, 黎宏块 申请人:中国广东核电集团有限公司, 中科华核电技术研究院有限公司北京分公司