设有电流隔离电路的ai装置及电流隔离电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种设有电流隔离电路的AI装置及电流隔离电路，包括供电电路、CPU模块、通信电路和滤波及采集电路，还包括电流隔离电路，所述供电电路分别为AI装置供电，所述通信电路用于CPU模块与DCS系统的控制站之间进行通讯，所述滤波及采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给CPU模块，所述电流隔离电路连接在滤波及采集电路的输入端，用于对输入电流信号进行隔离，输出一个隔离后的电压值。本实用新型具有结构简单，成本低廉，提高DCS系统中AI装置中抗干扰能力。
【专利说明】
设有电流隔离电路的AI装置及电流隔离电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及DCS控制系统领域，特别是涉及一种设有电流隔离电路的Al装置及电流隔离电路。
【背景技术】
[0002]在DCS控制系统中，Al模拟量输入模块使用是很普及的。会用到许多4-20mA电流输入模块。当现场环境比较恶劣时，信号线上会有许多干扰信号。为了提高抗干扰能力和保护模块。信号输入端必须要有隔离隔离功能。一般情况下是先转换成电压信号经过通道采样电路后，再用隔离器件使之和CPU隔离。电路包括AD采样电路、电流转换电路、滤波电路等等。并且需要为这些部分提供供电，该电路结构复杂，且抗干扰能力差。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设有电流隔离电路的Al装置及电流隔离电路，本设计在电流输入端直接对电流进行隔离处理。采用本设计可以在保证精度的情况下提高DCS系统中Al装置抗干扰能力及保护模块不受损坏。
[0004]一种设有电流隔离电路的Al装置，包括供电电路、CPU模块、通信电路和滤波及采集电路，其特征在于:还包括电流隔离电路，所述供电电路分别为Al装置供电，所述通信电路用于CHJ模块与DCS系统的控制站之间进行通讯，所述滤波及采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给CPU模块，所述电流隔离电路连接在滤波及采集电路的输入端，用于对输入电流信号进行隔离，输出一个隔离后的电压值。
[0005]所述电流隔离电路包括第一运放Al、第二运放A2、第一三极管VTl、第二三极管VT2、可控精密稳压源N1、线性隔离元件VCl以及若干电阻及电容，所述可控精密稳压源NI的负极和参考端分别与信号输入端的正极连接，可控精密稳压源NI的正极分别与第二三极管VT2的基极和第八电阻R8的一端电连接，第二三极管VT2的发射极和第八电阻R8的另一端经第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第二三极管VT2的集电极与信号输入端的正极连接，第一运放Al的同相输入端经第一电阻Rl与信号输入端的负极连接，第一运放Al的反相输入端经第二电阻R2和第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第一运放Al的反相输入端和输出端之间连接有第一电容CI，第一运放(Al的输出端与第一三极管VTI的基极电连接，第一三极管VTI的集电极经第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第一三极管VTI的发射极经第七电阻R7与线性隔离元件VCl的第一输入端电连接，线性隔离元件VCl的第二输入端与信号输入端的正极连接，线性隔离元件VCl的第一输出端与第一运放Al的反相输入端电连接，线性隔离元件VCl的第二输出端与第一运放Al的同相输入端电连接，线性隔离元件VCl的第三输出端与第二运放(A2)的同相输入端电连接，线性隔离元件VCI的第三输出端接接地，线性隔离元件VCl的第四输出端与第二运放A2的反相输入端电连接，第二运放A2的反相输入端和输出端之间连接有第二电容C2，第二电容C2上并联有第九电阻R9，第二运放A2的输出端输出电压。
[0006]第一运放A1的电源正接线端与信号输入端的正极连接，第一运放A1的电源负接线端经第六电阻R6与信号输入端的负极连接。
[0007]所述第一运放A1和第二运放A2)均采用型号为TLV2211的高精度运放。
[0008]所述第一三极管VT1采用型号为2N3906的三极管，所述第二三极管(VT2)采用型号为2N3904的三极管。
[0009]所述可控精密稳压源N1采用型号为TL431的稳压源。[〇〇1〇] 所述线性隔离元件VC1采用型号为HCNR201的光电耦合器。
[0011]所述CPU模块与滤波及采集电路之间设有第一隔离电路，CPU模块与通信电路之间设有第二隔尚电路。
[0012]一种电流隔离电路，包括第一运放A1、第二运放A2、第一三极管VT1、第二三极管 VT2、可控精密稳压源N1、线性隔离元件VC1以及若干电阻及电容，所述可控精密稳压源N1的负极和参考端分别与信号输入端的正极连接，可控精密稳压源N1的正极分别与第二三极管 VT2的基极和第八电阻R8的一端电连接，第二三极管VT2的发射极和第八电阻R8的另一端经第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第二三极管VT2的集电极与信号输入端的正极连接， 第一运放A1的同相输入端经第一电阻R1与信号输入端的负极连接，第一运放A1的反相输入端经第二电阻R2和第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第一运放A1的反相输入端和输出端之间连接有第一电容C1，第一运放A1的输出端与第一三极管VT1的基极电连接，第一三极管VT1的集电极经第六电阻R6与信号输入端的负极连接，第一三极管VT1的发射极经第七电阻R7与线性隔离元件VC1的第一输入端电连接，线性隔离元件VC1的第二输入端与信号输入端的正极连接，线性隔离元件VC1的第一输出端与第一运放A1的反相输入端电连接，线性隔离元件VC1的第二输出端与第一运放A1的同相输入端电连接，线性隔离元件VC1 的第三输出端与第二运放A2的同相输入端电连接，线性隔离元件VC 1的第三输出端接接地，线性隔离元件VC1的第四输出端与第二运放A2的反相输入端电连接，第二运放A2的反相输入端和输出端之间连接有第二电容C2,第二电容C2上并联有第九电阻R9,第二运放A2 的输出端输出电压。[0〇13]第一运放A1的电源正接线端与信号输入端的正极电连接，第一运放A1的电源负接线端经第六电阻R6与信号输入端的负极连接。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015]由于采用了上述方案，由于本实用新型的滤波及采集电路设有电流隔离电路，电流隔离电路对电流信号进行隔离处理，使之滤波及采集电路采集的信号都是隔离过后的电路。采用了本电路的AI输入模块通过电流隔离电路有效地避免了受现场设备的影响，在保证精度和稳定性的基础上提高DCS系统中AI装置中抗干扰能力和保护模块不被损坏。[0〇16]第一运放A1的电源正接线端与信号输入端的正极电连接，第一运放A1的电源负接线端与信号输入端的负极电连接。可不需要外加电源，通过电流隔离电路直接对电流信号进行隔离处理。【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的AI装置的原理框图；
[0018]图2为本实用新型的电流隔离电路的电路图；
[0019]图3为本实用新型电流隔离电路原理框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明。
[0021 ]参见图1、图2和图3所示的一种设有电流隔离电路的Al装置，包括供电电路、CPU模块、通信电路、滤波及采集电路和电流隔离电路，所述供电电路分别与CPU模块、通信电路、滤波及采集电路电连接，供电电路分别为Al装置供电，通信电路的输入输出端与CPU模块的输入输出端电连接，所述通信电路用于CPU模块与DCS系统的控制站之间进行通讯，通信电路是进行通信的电路。通过通信电路，CPU可以和控制站进行通信。通信电路的核心是采用的通信芯片，比如SP485等。滤波及采集电路的输出端与CPU模块的输入端电连接，所述滤波及采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给(PU模块，所述电流隔离电路的输出端在滤波及采集电路的输入端，电流隔离电路对电流信号进行隔离处理，输出一个隔离后的电压值，使之滤波及采集电路采集的信号都是隔离过后的电路。所述滤波及采集电路包括滤波电路和采样电路，所述滤波电路和采样电路设置在电流隔离电路与CHJ模块之间，电流隔离电路与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与采样电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与CHJ模块连接。采样电路一般情况是AD转换电路，若CPU模块自带AD转换功能，则本实用新型的滤波及采集电路无需设置AD转换电路。滤波电路是滤掉信号中的噪声等干扰。采用本实用新型Al输入模块通过电流隔离电路有效地避免了受现场设备的影响。所述CPU模块连接EEPROM存取电路，可以保存一些设置参数。CPU模块与通信电路之间设有第二隔离电路，它一边接外边的485总线，一边接上边的隔离电路。所述CPU模块与滤波及采集电路之间设有第一隔离电路，所述第一隔离电路用于CPU模块与滤波及采集电路之间的隔离。
[0022]一种电流隔离电路，包括第一运放Al、第二运放A2、第一三极管VTl、第二三极管VT2、可控精密稳压源N1、线性隔离元件VCl以及若干电阻及电容，所述可控精密稳压源NI的负极(引脚I)和参考端(引脚3)分别与信号输入端的正极(Vin+)连接，可控精密稳压源NI的正极(引脚2)分别与第二三极管VT2的基极和第八电阻R8的一端电连接，第二三极管VT2的发射极和第八电阻R8的另一端经第六电阻R6与信号输入端的负极(Vin-)连接，第二三极管VT2的集电极与信号输入端的正极(Vin+)连接，第一运放Al的同相输入端(引脚I)经第一电阻Rl与信号输入端的负极(Vin-)连接，第一运放Al的反相输入端(引脚3)经第二电阻R2和第六电阻R6与信号输入端的负极(Vin-)连接，第一运放Al的反相输入端(引脚3)和输出端之间连接有第一电容Cl，第一运放Al的输出端(引脚4)与第一三极管VTl的基极电连接，第一三极管VTl的集电极经第六电阻R6与信号输入端的负极(Vin-)连接，第一三极管VTl的发射极经第七电阻R7与线性隔离元件VCl的第一输入端(引脚I)电连接，线性隔离元件VCl的第二输入端(引脚2)与信号输入端的正极(Vin+)连接，线性隔离元件VCl的第一输出端GND-(引脚3)与第一运放Al的反相输入端(引脚3)电连接，线性隔离元件VCl的第二输出端PDl+(引脚4)与第一运放Al的同相输入端(引脚I)电连接，线性隔离元件VCl的第三输出端(引脚5)与第二运放A2的同相输入端(引脚I)电连接，线性隔离元件VCl的第三输出端接接地GND，线性隔离元件VCl的第四输出端(引脚6)与第二运放A2的反相输入端(引脚3)电连接，第二运放A2的反相输入端(引脚3)和输出端(引脚4)之间连接有第二电容C2，第二电容C2上并联有第九电阻R9,第二运放A2的输出端(引脚4)输出电压。输出电压(V0UT1)与滤波及采集电路的输入端相连。[〇〇23]第一运放A1的电源正接线端(引脚5)与信号输入端的正极(Vin+)连接，第一运放 A1的电源负接线端(引脚2)经第六电阻R6与信号输入端的负极(Vin_)连接。
[0024]所述第一运放A1和第二运放A2)均采用型号为TLV2211的高精度运放。[〇〇25] 所述第一三极管VT1采用型号为2N3906的三极管，所述第二三极管VT2采用型号为 2N3904的三极管。[〇〇26] 所述可控精密稳压源N1采用型号为TL431的稳压源。[〇〇27] 所述线性隔离元件VC1采用型号为HCNR201的光电耦合器。[〇〇28]本实用新型的工作原理:[〇〇29] 本实例中可控精密稳压源N1两端可输出2.5v电压，可控精密稳压源N1、第八电阻 R8和第二三极管VT2组成的电路中可使第二三极管VT2集电极和发射极两端具有3.3V电压， 这个电压给第一运放A1的引脚5和引脚2提供供电电压.从线性隔离元件VC1的引脚3和引4 脚来的反馈信号(线性隔离元件对应于输入端的引脚1和引脚2的反馈信号)加到第一运放 A1的输入端，同时通过第六电阻R6从回路取得信号也加到输入端，可保证回路电流的稳定性同时在回路出现意外电流过大时，输出信号让第一三极管VT1关闭.从而保护电路。
[0030]线性隔离元件VC1的隔离输出信号加到第二运放A2的同相输入端和反相输入端， 通过一个跨导放大电路后。在第二运放A2的输出端得到一个相对输入电流的放大后电压， 输出到后续电路。第二电容C2增强了输出电路的稳定性。本实用新型适用于输对输入为电流的信号进行隔离放大。
[0031]本实用新型的原理是先进行电流隔离，再进行放大运算。
[0032]参见图3所示，电流从左端输入，经过电流隔离电路后从右端输出一个对应隔离后电流的电压值。
[0033]本实用新型不仅仅局限于上述实施例，在不背离本实用新型技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种设有电流隔离电路的Al装置，包括供电电路、CPU模块、通信电路和滤波及采集电路，其特征在于:还包括电流隔离电路，所述供电电路分别为Al装置供电，所述通信电路用于CPU模块与DCS系统的控制站之间进行通讯，所述滤波及采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给CHJ模块，所述电流隔离电路连接在滤波及采集电路的输入端，用于对输入电流信号进行隔离，输出一个隔离后的电压值。2.根据权利要求1所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述电流隔离电路包括第一运放(Al)、第二运放(A2)、第一三极管(VTl)、第二三极管(VT2)、可控精密稳压源(NI)、线性隔离元件(VCl)以及若干电阻及电容，所述可控精密稳压源(NI)的负极和参考端分别与信号输入端的正极连接，可控精密稳压源(NI)的正极分别与第二三极管(VT2)的基极和第八电阻(R8)的一端电连接，第二三极管(VT2)的发射极和第八电阻(R8)的另一端经第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接，第二三极管(VT2)的集电极与信号输入端的正极连接，第一运放(Al)的同相输入端经第一电阻(Rl)与信号输入端的负极连接，第一运放(Al)的反相输入端经第二电阻(R2)和第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接，第一运放(Al)的反相输入端和输出端之间连接有第一电容(Cl)，第一运放(Al)的输出端与第一三极管(VTl)的基极电连接，第一三极管(VTl)的集电极经第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接，第一三极管(VTl)的发射极经第七电阻(R7)与线性隔离元件(VCl)的第一输入端电连接，线性隔离元件(VCl)的第二输入端与信号输入端的正极连接，线性隔离元件(VCl)的第一输出端与第一运放(Al)的反相输入端电连接，线性隔离元件(VCl)的第二输出端与第一运放(Al)的同相输入端电连接，线性隔离元件(VCl)的第三输出端与第二运放(A2)的同相输入端电连接，线性隔离元件(VCl)的第三输出端接接地，线性隔离元件(VCl)的第四输出端与第二运放(A2)的反相输入端电连接，第二运放(A2)的反相输入端和输出端之间连接有第二电容(C2)，第二电容(C2)上并联有第九电阻(R9)，第二运放(A2)的输出端输出电压。3.根据权利要求1所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:第一运放(Al)的电源正接线端与信号输入端的正极连接，第一运放(Al)的电源负接线端经第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接。4.根据权利要求2所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述第一运放(Al)和第二运放(A2)均采用型号为TLV2211的高精度运放。5.根据权利要求2所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述第一三极管(VTl)采用型号为2N3906的三极管，所述第二三极管(VT2)采用型号为2N3904的三极管。6.根据权利要求2所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述可控精密稳压源(NI)采用型号为TL431的稳压源。7.根据权利要求2所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述线性隔离元件(乂(:1)采用型号为!《^1?201的光电耦合器。8.根据权利要求1所述的设有电流隔离电路的Al装置，其特征在于:所述CPU模块与滤波及采集电路之间设有第一隔离电路，CPU模块与通信电路之间设有第二隔离电路。9.一种电流隔离电路，其特征在于:包括第一运放(Al)、第二运放(A2)、第一三极管(VT1)、第二三极管(VT2)、可控精密稳压源(NI)、线性隔离元件(VCl)以及若干电阻及电容，所述可控精密稳压源(NI)的负极和参考端分别与信号输入端的正极连接，可控精密稳压源(N1)的正极分别与第二三极管(VT2)的基极和第八电阻(R8)的一端电连接，第二三极管 (VT2)的发射极和第八电阻(R8)的另一端经第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接，第二 三极管(VT2)的集电极与信号输入端的正极连接，第一运放(A1)的同相输入端经第一电阻 (R1)与信号输入端的负极连接，第一运放(A1)的反相输入端经第二电阻(R2)和第六电阻 (R6)与信号输入端的负极连接，第一运放(A1)的反相输入端和输出端之间连接有第一电 容(C1)，第一运放(A1)的输出端与第一三极管(VT1)的基极电连接，第一三极管(VT1)的集 电极经第六电阻(R6)与信号输入端的负极连接，第一三极管(VT1)的发射极经第七电阻 (R7)与线性隔离元件(VC1)的第一输入端电连接，线性隔离元件(VC1)的第二输入端与信号 输入端的正极连接，线性隔离元件(VC1)的第一输出端与第一运放(A1)的反相输入端电连 接，线性隔离元件(VC1)的第二输出端与第一运放(A1)的同相输入端电连接，线性隔离元 件(VC 1)的第三输出端与第二运放(A2)的同相输入端电连接，线性隔离元件(VC 1)的第三 输出端接接地，线性隔离元件(VC1)的第四输出端与第二运放(A2)的反相输入端电连接， 第二运放(A2)的反相输入端和输出端之间连接有第二电容(C2)，第二电容(C2)上并联有 第九电阻(R9)，第二运放(A2)的输出端输出电压。10.根据权利要求9所述的电流隔离电路，其特征在于:第一运放(A1)的电源正接线端 与信号输入端的正极电连接，第一运放(A1)的电源负接线端经第六电阻(R6)与信号输入 端的负极连接。
【文档编号】H03K19/0175GK205647489SQ201521028568
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年12月14日
【发明人】潘云川
【申请人】重庆川仪自动化股份有限公司