基于光电隔离的模拟量采集电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路和次边电路，所述原边电路包括正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路，所述原边电路的正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路将正值模拟量信号和负值模拟量信号采集后，经光电隔离后，经次边电路输出。本发明专利技术的基于光电隔离的模拟量采集电路具有结构简单、输入输出光电隔离以及能够处理双极性模拟量信号的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及信号采集
，特指一种基于光电隔离的模拟量采集电路。
技术介绍
工业领域广泛应用着诸如高压变频器、软启动、SVG、SVC等设备，此类设备大多需要对温度、电压、电流、水压等物理信号进行测量。物理信号通过传感器转换成模拟信号，再通过模/数转换最终转换为数字信号送至处理器用于系统控制。同一台设备往往需要测量多个、多种类型的物理信号，如何消除各个采集通道之间，采集通道输入与输出之间的相互干扰，是个必须认真关注的问题。此外为了提高系统的抗干扰性和可靠性，必须将测量部分和控制部分进行电气隔离。对于数字信号的隔离，使用一般的光耦器件就能达到很好的效果，对于模拟量信的隔离，常规设计中传输精度和线性度难以满足要求；而且目前的模拟量采集电路均只能处理单极性（正值）模拟信号。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、能够处理双极性模拟量信号的基于光电隔离的模拟量采集电路。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路和次边电路，所述原边电路包括正值模拟量输入电路和负值模拟量输入电路，所述正值模拟量输入电路包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，所述输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与所述第一运算放大器U1的输出端相连，所述第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，所述第一运算放大器U1的同相输入端与所述反馈二极管D1C的正极相连后接地；所述负值模拟量输入电路包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，所述输入二极管D2A的负极接地、正极与所述第二运算放大器U2的输出端相连，所述第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；所述次边电路包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，所述第三运算放大器U3的同相输入端与所述输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，所述第三运算放大器的同相输入端与所述输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，所述第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，所述第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。作为上述技术方案的进一步改进：所述第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均通过限流电阻R1与信号输入端Vin相连。所述信号输入端Vin通过滤波电容C1接地。所述输入二极管D1A的正极通过电阻R2与电源VCC相连。所述输入二极管D2A的负极通过电阻R3接地。所述第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有滤波电容C2；所述第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有滤波电容C3。所述电阻R4并联有滤波电容C4。所述第一光耦D1和第二光耦D2均为线性光耦HCNR201。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的基于光电隔离的模拟量采集电路，通过光耦将输入信号与输出信号进行有效隔离，结构简单；另外本电路采用正值模拟量输入电路以及负值模拟量输入电路相组合的方式，从而能够对正值和负值模拟量进行处理。电路中采用线性光耦，从而保证输入输出有良好的线性度和可靠性；另外本电路处理速度快，无延时。附图说明图1为本专利技术电路中的原边电路原理图。图2为本专利技术电路中的次边电路原理图。图3为本专利技术中光耦的原理结构图。图中标号表示：1、原边电路；11、正值模拟量输入电路；12、负值模拟量输入电路；2、次边电路。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。如图1至图3所示，本实施例的基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路1和次边电路2，原边电路1包括正值模拟量输入电路11和负值模拟量输入电路12，如图1所示，其中正值模拟量输入电路11包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与第一运算放大器U1的输出端相连，第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，第一运算放大器U1的同相输入端与反馈二极管D1C的正极相连后接地；如图1所示，其中负值模拟量输入电路12包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，输入二极管D2A的负极接地、正极与第二运算放大器U2的输出端相连，第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；如图2所示，次边电路2包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，第三运算放大器U3的同相输入端与输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，第三运算放大器的同相输入端与输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。本实施例中，第一光耦D1和第二光耦D2均为线性光耦HCNR201，线性光耦HCNR201是一款高线性度模拟光耦，直流非线性度可达0.01%,最高工作隔离电压达1414V（峰值），允许的最高过电压为8000V（峰值），其原理图如图3所示，原边有两个二极管：DA、DC；次边有一个二极管DB，功能如下：DA：输入二极管，模拟信号从其两端输入，并控制其开通和关断；DA开通时，发出的光能分别提供给DB和DC，控制其开通；DB：输出二极管，模拟信号经光电隔离后由此二极管输出；DC：反馈二极管，将一部分输入信号作为反馈提供给原边，从而使光耦具有良好的线性度和可靠性。本实施例中，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均通过限流电阻R1与信号输入端Vin相连。其中限流电阻R1用于限制后续电路的电流，因为线性光耦HCNR201有一定的线性范围，即当图1中D1C和D2C中的电流在5nA～50uA内时，该光耦具备极好的线性度（非线性度为0.01%），所以对该电流要做相应的限制。本实施例中，信号输入端Vin通过滤波电容C1接地，从而对输入的模拟量信号进行滤波。本实施例中，输入二极管D1A的正极通过电阻R2与电源VCC相连，输入二极管D2A的负极通过电阻R3接地。电阻R2和电阻R3则用于限制输入二极管D1A和D2A的电流。本实施例中，第一运算放大器U1的反相输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有滤波电容C2；第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有滤波电容C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路（1）和次边电路（2），其特征在于，所述原边电路（1）包括正值模拟量输入电路（11）和负值模拟量输入电路（12），所述正值模拟量输入电路（11）包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，所述输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与所述第一运算放大器U1的输出端相连，所述第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，所述第一运算放大器U1的同相输入端与所述反馈二极管D1C的正极相连后接地；所述负值模拟量输入电路（12）包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，所述输入二极管D2A的负极接地、正极与所述第二运算放大器U2的输出端相连，所述第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；所述次边电路（2）包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，所述第三运算放大器U3的同相输入端与所述输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，所述第三运算放大器的同相输入端与所述输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，所述第三运算放大器U3的反相输入端与第三运算放大器U3的输出端通过电阻R4相连，所述第三运算放大器U3的输出端与信号输出端Vout相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光电隔离的模拟量采集电路，包括原边电路（1）和次边电路（2），其特征在于，所述原边电路（1）包括正值模拟量输入电路（11）和负值模拟量输入电路（12），
所述正值模拟量输入电路（11）包括第一运算放大器U1、第一光耦D1的输入二极管D1A和反馈二极管D1C，所述输入二极管D1A的正极与电源VCC相连、负极与所述第一运算放大器U1的输出端相连，所述第一运算放大器U1的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D1C的负极相连，所述第一运算放大器U1的同相输入端与所述反馈二极管D1C的正极相连后接地；
所述负值模拟量输入电路（12）包括第二运算放大器U2、第二光耦D2的输入二极管D2A和反馈二极管D2C，所述输入二极管D2A的负极接地、正极与所述第二运算放大器U2的输出端相连，所述第二运算放大器U2的反相输入端与信号输入端Vin以及反馈二极管D2C的正极相连，第二运算放大器U2的同相输入端与反馈二极管D2C的负极相连后接地；
所述次边电路（2）包括第三运算放大器U3、第一光耦D1的输出二极管D1B和第二光耦D2的输出二极管D2B，所述第三运算放大器U3的同相输入端与所述输出二极管D1B的负极以及输出二极管D2B的正极相连，所述第三运算放大器的同相输入端与所述输出二极管D1B的正极以及输出二极管D2B的负极相连后接地，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振，曹洋，杨磊，初蕊，王桂华，曾迪晖，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43