一种隔离式数控恒流源模块制造技术

本发明专利技术涉及一种隔离式数控恒流源模块，属于信号隔离传输技术领域。本发明专利技术包括数字信号隔离单元、小信号放大单元、核心处理单元、电流调整稳压单元和采样单元；数字信号隔离单元负责将源设备和本发明专利技术所述隔离式数控恒流源模块的数字通信链路进行电气隔离；小信号放大单元对采样信号进行放大；核心处理单元负责输出PWM信号来控制电流调整稳压单元产生与设定值相匹配的电流；电流调整稳压单元从目标设备窃取能量并调整返回目标设备的电流；采样单元对返回目标设备的电流进行采样；本发明专利技术所述的信号隔离电路及变送器无需独立供电电源便可正常工作，其电路结构简单，易于集成，便于生产。

An isolated NC constant current source module

The invention relates to an isolated numerical control constant current source module, which belongs to the technical field of signal isolation transmission. The invention includes a digital signal isolation unit, a small signal amplification unit, a core processing unit, a current regulating and stabilizing unit and a sampling unit; the digital signal isolation unit is responsible for electrically isolating the source equipment from the digital communication link of the isolated NC constant current source module; the small signal amplification unit amplifies the sampling signal; the core processing unit is responsible for outputting the PWM signal The signal isolation circuit and the transmitter of the invention can work normally without independent power supply. The circuit structure is simple and easy to set It is easy to produce.

【技术实现步骤摘要】
一种隔离式数控恒流源模块
涉及信号隔离领域，具体而言涉及一种隔离式数控恒流源模块。
技术介绍
在当前许多工业现场都涉及到使用4~20mA直流电流的情况，而且很多实验室也会涉及到使用恒流源的情况，而使用的设备并不具备4~20mA信号的输出能力，需要外接专用的DA模块，通过数字通信的方式控制DA模块产生需要的电流；而目前市场上的信号隔离器普遍存在如下问题：1.不具备隔离功能；2.接线复杂，体积大，不利于集成；3.性价比偏低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的以上问题，提出了一种可使用常见低价元器件实现的隔离式数控恒流源模块，有效提升了同类产品的性价比，且其电路仅占用很小的PCB面积，非常利于集成。为了达到以上目的，本专利技术采用了如图1、图2所示的技术方案，描述如下：一种隔离式数控恒流源模块，其包括：数字信号隔离单元、小信号放大单元、核心处理单元、电流调整稳压单元和采样单元。所述数字信号隔离单元负责隔离源设备与核心处理单元的数字通信信号。所述源设备指通过数字信号向本专利技术所述的隔离式数控恒流源模块发送设定电流值的设备，下同。所述电流调整稳压单元负责从目标设备窃取能量并实现稳压输出，用以为整个恒流源电路的隔离后端电路供电，其电压输出端连接到数字信号隔离单元、核心处理单和小信号放大单元的相应电源端口；所述电流调整稳压单元还负责根据核心处理单元提供的PWM信号调整从目标设备汲取的电流，其PWM信号输入端接核心处理单元的相应输出端。所述的隔离后端电路指以隔离器件为分界点，隔离器件到目标设备电压输出端口和模拟信号输入端口之间的所有电路，下同。所述隔离后端电路的最小正常工作电流之和为本专利技术所述隔离式数控恒流源模块的最大允许工作电流，也是本专利技术所述的隔离式数控恒流源模块的最小输出电流，目标设备的所需的最小有效电流值应不小于此最小输出电流。所述目标设备指接收承载数据的模拟信号的设备，下同。所述小信号放大单元负责对输入的小信号的采样电压进行放大，其放大信号输出端接核心处理单元的模拟信号输入端。所述核心处理单元至少包括1个模拟信号输入端、1个PWM信号输出端和1组数字信号通信端口，其负责将从数字信号隔离单元接收到的数字信号转换为相应的PWM信号，并根据小信号放大单元输出的模拟电压信号及内部的温度传感器数据调整PWM信号的占空比，以达到稳定输出设定电流的目的。所述采样单元负责对流过整个隔离后端电路的电流进行采样，并将采样信号输出到小信号放大单元的相应输入端。本专利技术的有益效果1)利用本专利技术所描述的隔离式数控恒流模块所用元器件价格低廉、数量不多，且均有小封装形式，如此便大大节约了成本和空间，便于小型化、集成化。2)本专利技术所描述的隔离式数控恒流模块，可实现数字信号到模拟信号的隔离传输，且其不需要单独的供电电源。3)本专利技术所描述的隔离式数控恒流模块的输出侧以二线制电流环的方式串入目标设备的电源通道和信号采集通道之间，非常便于安装，且其产生的压降非常低，也就是电压适用范围更宽。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，还能根据这些附图获得其他的附图。图1：为本专利技术所述的隔离式数控恒流源模块的原理框图及应用说明框图；图2：为本专利技术所述的隔离式数控恒流源模块的顶层电路原理图；图3：为本专利技术所述的数字信号隔离单元的电路原理图；图4：为本专利技术所述的小信号放大单元的电路原理图；图5：为本专利技术所述的核心处理单元的电路原理图；图6：为本专利技术所述的电流调整稳压单元的电路原理图；图7：为本专利技术所述的采样单元的电路原理图；图8：为本专利技术所述的信号转换传输流程图；其中：图1中的实线箭头示意电流流动，点画线箭头示意信号流动，虚线框代表外部设备；在图1中，源设备指发送承载数据的信号的设备，目标设备指接收承载数据的信号的设备。具体实施方式关于本专利技术创造的详细内容及技术说明，现以实施例来作进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为用于示例说明，而不应被解释为本专利技术创造实施的限制。参考图1所示一种隔离式数控恒流源模块的原理框图及应用说明框图，包括数字信号隔离单元、电流调整稳压单元、小信号放大单元、核心处理单元和采样单元。如图1所示，整个隔离后端电路串接于目标设备的电源端和AI信号输入端，目标设备提供隔离后端电路工作所需要的电流Iout，其电流通路为：电流Iout首先经过所述的电流调整稳压单元，电流调整稳压单元会产生两个固定电压Uc和Ud，其中Uc用以维持数字信号隔离单元的工作，其大小需满足所述数字信号隔离单元的工作电压要求；所述固定电压Ud用以维持核心处理单元和小信号放大单元的工作，其大小需满足所述核心处理单元和小信号放大单元的工作电压要求；电流Iout最后经所述的采样单元流回目标设备的AI信号输入端，并在采样单元上产生一个电压值很小的采样电压UA，UA是一个与Iout呈线性关系的电压，其相对于所述的Ud呈现负压特性，为本专利技术所述隔离式数控恒流源模块的反馈源信号。本专利技术所述隔离式数控恒流源模块的信号链路为：源设备输出的载有设定电流数据IdataS的数字信号经数字信号隔离单元传输至核心处理单元，所述核心处理单元根据IdataS产生相应占空比的PWM信号，用以控制电流调整稳压单元调整从目标设备汲取的电流Iout，而所述的与Iout成线性关系的采样电压UA也随之改变，然后所述的小信号放大单元将所述的负压采样信号UA转成正压并进行放大，其放大后的信号XUA送于电流调整稳压单元构成硬件负反馈通路，同时送于核心处理单元进行AD转换；所述核心处理单元将信号XUA转换成对应的数字值DA0，并根据内部温度传感器所采集的温度和设定的线性校准曲线对DA0进行温度补偿和线性修正，得到修正后的数字值DA，并根据与设定值IdataS进行比较的结果调整PWM信号的占空比，进而调整所述的电流Iout，如此周而复始，便可使Iout值稳定的与设定值IdataS相匹配，也就达到了用数字信号控制恒流源产生相应电流的目的，因源设备输出的数字信号与目标设备无直接的电气连接关系，因此也就达到了用数字信号隔离控制恒流源产生相应电流的目的；为便于理解，本处使用一个实施例对本专利技术进行阐述，其电路结构均使用了层次化设计，将整套电路划分为两层：顶层和底层。顶层电路限定了各子单元电路的接口及各接口之间的衔接关系，底层则对各子单元电路分别进行了内部设计。实施例：参考图2所示的一种隔离式数控恒流源模块的顶层电路原理图，其包括数字信号隔离单元、小信号放大单元、核心处理单元、电流调整稳压单元和采样单元，描述如下：所述数字信号隔离单元的GND本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离式数控恒流源模块，其特征在于其包括数字信号隔离单元、小信号放大单元、核心处理单元、电流调整稳压单元和采样单元；/n所述数字信号隔离单元负责隔离源设备与核心处理单元的数字通信信号；/n所述源设备指通过数字信号发送设定电流值的设备；/n所述电流调整稳压单元负责从目标设备窃取能量并实现稳压输出，用以为整个恒流源电路的隔离后端电路供电，其电压输出端连接到数字信号隔离单元、核心处理单和小信号放大单元的相应电源端口；/n所述电流调整稳压单元还负责根据核心处理单元提供的PWM信号调整从目标设备汲取的电流，其PWM信号输入端接核心处理单元的相应输出端；/n所述的隔离后端电路指以隔离器件为分界点，隔离器件到目标设备电压输出端口和模拟信号输入端口之间的所有电路；/n所述目标设备指接收承载数据的模拟信号的设备；/n所述小信号放大单元负责对输入的小信号的采样电压进行放大，其放大信号输出端接核心处理单元的模拟信号输入端；/n所述核心处理单元至少包括1个模拟信号输入端、1个PWM信号输出端和1组数字信号通信端口，其负责将从数字信号隔离单元接收到的数字信号变换为相应的PWM信号，并根据小信号放大单元输出的模拟电压信号及内部的温度传感器数据调整PWM信号的占空比，以达到稳定输出设定电流的目的；/n所述采样单元负责对流过整个隔离后端电路的电流进行采样，并将采样信号输出到小信号放大单元的相应输入端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种隔离式数控恒流源模块，其特征在于其包括数字信号隔离单元、小信号放大单元、核心处理单元、电流调整稳压单元和采样单元；
所述数字信号隔离单元负责隔离源设备与核心处理单元的数字通信信号；
所述源设备指通过数字信号发送设定电流值的设备；
所述电流调整稳压单元负责从目标设备窃取能量并实现稳压输出，用以为整个恒流源电路的隔离后端电路供电，其电压输出端连接到数字信号隔离单元、核心处理单和小信号放大单元的相应电源端口；
所述电流调整稳压单元还负责根据核心处理单元提供的PWM信号调整从目标设备汲取的电流，其PWM信号输入端接核心处理单元的相应输出端；
所述的隔离后端电路指以隔离器件为分界点，隔离器件到目标设备电压输出端口和模拟信号输入端口之间的所有电路；
所述目标设备指接收承载数据的模拟信号的设备；
所述小信号放大单元负责对输入的小信号的采样电压进行放大，其放大信号输出端接核心处理单元的模拟信号输入端；
所述核心处理单元至少包括1个模拟信号输入端、1个PWM信号输出端和1组数字信号通信端口，其负责将从数字信号隔离单元接收到的数字信号变换为相应的PWM信号，并根据小信号放大单元输出的模拟电压信号及内部的温度传感器数据调整PWM信号的占空比，以达到稳定输出设定电流的目的；
所述采样单元负责对流过整个隔离后端电路的电流进行采样，并将采样信号输出到小信号放大单元的相应输入端。


2.根据权利要求1所述的隔离式数控恒流源模块，其特征在于所述数字信号隔离单元包括1组与核心处理单元通信的数字通信端口组甲和一组与源设备通信的数字通信端口组乙，此两个数字通信端口组间呈电气隔离特性，所述小信号放大单元包括1个电压输入端口、1个公共端口、1个采样信号输入端口和1个放大信号输出端口，所述核心处理单元至少包括1个电压输入端口、1个公共端口、1个模拟信号采样端口、1个PWM信号输出端口和1个数字信号通信端口组，所述电流调整稳压单元包括1个电压输入端口、1个或多个电压输出端口、1个PWM信号输入端口和一个公共端口，所述采样单元包括一个电流输入端口和一个电流输出端口；
所述电流调整稳压单元的电压输入端口连接到目标设备的电源输出端，1个或多个电压输出端口分别连接到所述数字信号隔离单元、核心处理单元和小信号放大单元的相应电压输入端，PWM信号输入端口连接到所述核心处理单元的PWM信号输出端口；所述所有单元的公共端口与所述采样单元的电流输入端口相连；所述采样单元的电流输出端口与目标设备的模拟信号输入端口和所述小信号放大单元的采样信号输入端口相连；所述小信号放大单元的放大信号输出端口与所述核心处理单元的模拟信号采样端口相连；所述核心处理单元的数字通信端口组与所述数字信号隔离单元的数字通信端口组甲一一对应相连；所述数字信号隔离单元的数字通信端口组乙与数字信号源设备相应的数字通信端口组一一对应相连。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，
申请(专利权)人：赵明，
类型：发明
国别省市：河北;13