用恒流源及高频变压器实现无源4～20mA隔离器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用恒流源及高频变压器实现无源４～２０ｍＡ隔离器，属电控系统上使用的无源隔离器。本隔离器有恒流供电至多谐振荡器，经过双推挽电路，再经全波整流电路，经π形滤波和保护电路组成。模块从有源回路获取２５ｕＡ恒定电流用于信号传输和电隔离，信号传输采用多谐振荡器振荡出５ｋＨＺ的频率经过双推挽电路使电流变压器，输出采用全波整流方式输出提供经过处理的电流信号用于控制或调节。由于本实用新型专利技术在无源隔离器的设计中采用电流互感磁隔离改进的电流互感恒定功率式磁隔离技术，从而解决输入／输出线性受信号电流。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电控制系统交流电上使用的无源隔离器，具体的说是一种 新型的用恒流源及高频变压器实现无源4~20mA隔离器。技术背景电控制系统中通常会受到许多的干扰，常见的有地环电流干扰，设备干扰， 雷电干扰和人为干扰。为了消除干扰人们专利技术了隔离器，如在现场仪表和二次仪 表之间就使用了隔离器。目前国内外在无源隔离器和安全栅的应用中均采用电 流互感的磁隔离模式，其线性指标受到所使用的隔离原理的限制。生产过程监视和控制要用到多种自动化仪表、计算机及相应执行机构。过 程中的信号既有微弱到毫伏级的小信号,又有数十伏的大信号，甚至还有高达数 千伏、数百安培的信号要处理。从频率上讲，有直流低频范围的，也有高频/脉 冲尖峰。设备仪表间的互相干扰就成为系统调试中必须要解决的问题。除了电 磁屏蔽之外，解决各种设备仪表的"地"，即信号参考点的电位差，将成为重要课 题。因为不同设备、仪表的信号要互传互送，那就存在信号参考点问题。换句 话说，要使信号完整传送，理想化的情况是所有设备仪表的信号有一个共同的 参考点，即共有一个"地"。进一步讲，所有设备仪表信号的参考点之间电位差为 "零"。但是在实际环境中，这一点几乎是不可能的，这里面除了各个设备仪表"地" 之间的连线电阻产生的电压降之外，尚有各种设备仪表在不同环境受到的干扰 不同，以及导线接点经受风吹雨淋导致接点质量下降等诸多因素，致使各个"地" 之间有差别。隔离器具有使输入/输出在电气上完全隔离的特点。换句话讲，输 入/输出之间没有共同"地"，外来信号不管是0-10V，或带着共模干扰电压的 0-10V经隔离后均为0-10V。即隔离后新建立的"地"与外部设备仪表"地"没关系。正是由于这个原因，也实现了输入到PLC主机的多个外接设备仪表信号之间隔 离，即它们之间没有"地"的关系。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的是要提供一种对电流互感磁 隔离改进的电流互感恒定功率式磁隔离技术，从而解决输入/输出线性受信号电流变化和负载大小的影响的用恒流源及高频变压器实现无源4 20mA隔离器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种用恒流源及高频变 压器实现无源4 20mA隔离器，其特征是本隔离器用恒流供电至多谐振荡器， 经过双推挽电路，再经全波整流电路，经K形滤波和保护电路组成。其中场效应 管Q与电阻R1组成恒流源，且联接电阻R1，通过R4， R3与R10， Rll至多谐振 荡器；R2， Cl， C3， Q3组成多谐振荡器。本技术模块从有源回路获取25uA恒定电流用于信号传输和电隔离,信 号传输采用多谐振荡器振荡出5kHZ的频率经过双推挽电路使电流变压器，输出 采用全波整流方式输出提供经过处理的电流信号用于控制或调节。本技术的场效应管Q与电阻Rl组成恒流源，调节电阻Rl将电流调在 25uA，通过R4， R3与R10， Rll给多谐振荡器恒流供电。输入电流为4mA时， 则实际输出电流为输入电流减去25uA为3.975mA，整机变换效率为输出电流/ 输入电流3.975 mA /4 mAX 100%二99. 375%。 R2， Cl， C3， Q3组成多谐振荡器， 调整R2或Cl振荡频率定为5kHz。输出频率推动后级推挽电路工作，Dl与D2 用于吸收推挽电路关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压，对三极管起保护 作用。本电路中采用两路对称的推挽电路构成双推挽电路提高工作效率。变压 器由高频磁芯绕上前后级匝数相等的线圈做成1:1高频电流变压器，通过变压 器可将直流电流信号转换成交流电流信号，后级输出信号经过全波整流与^形 滤波实现了交流电流再转换成直流电流信号的作用，同时也起隔离前级干扰信号的作用。保护电路对电流极性及过流进行保护，防止电路反接及大电流的损 害。本技术其他电路中都是采用常规公知简单电路。本技术的有益效果是由于本技术在无源隔离器的设计中采用电 流互感磁隔离改进的电流互感恒定功率式磁隔离技术，从而解决输入/输出线性 受信号电流变化和负载大小的影响的用恒流源及高频变压器实现无源4~20mA 隔呙器。无源隔离器的最大特点在于不需要外接电源，它带来了简捷可靠的优点同 时也带来了使用上的局限性。对于4-20mA信号进行的隔离传送，从一个意义 上讲是功率传送，内部肯定有功率损耗。损耗表现m输入端和输出端电流/电压 乘积的差值上。以负载电阻RL-250Q为例，当输出为20mA时输出端250Q上 的电压为5.0V，而输入端的两端间电压测试为8.8V。简单计算表明，内部损耗 等于20mAx(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即内部损耗为76毫瓦。从使用者角度来 看，假若输出端负载电阻RL等于250Q，那么从输入端看进去的等效电阻最大 值为8.8V/20mA=440 (Q)。在这种情况下输入的4-20mA电流源必须具有驱动 440Q负载的能力，才能使无源隔离器在输出端负载电阻RL等于250Q条件下 正常工作。不过,从经验来看大部分现场仪表能満足这些条件。附图说明图1是本技术用恒流源及高频变压器实现无源隔离器电路图。具体实施方式实施例1:请参阅图l，由恒流供电至多谐振荡器，经过双推挽电路，再经全波整流电路，经i形滤波和保护电路组成本隔离器。其中场效应管Q与电阻Rl组成恒流 源，且联接电阻R1，通过R4， R3与R10， Rll至多谐振荡器；R2， Cl， C3， Q3组成多谐振荡器。本实施例模块从有源回路获取25uA恒定电流用于信号传输和电隔离，信号 传输采用多谐振荡器振荡出5kHZ的频率经过双推挽电路使电流变压器，输出采 用全波整流方式输出提供经过处理的电流信号用于控制或调节。本实施例的场效应管Q与电阻Rl组成恒流源，调节电阻Rl将电流调在25uA， 通过R4， R3与R10, Rll给多谐振荡器恒流供电。输入电流为4mA时，则实际 输出电流为输入电流减去25uA为3. 975mA，整机变换效率为输出电流/输入电流 3.975 mA/4 mAX100%=99. 375%。 R2， Cl， C3， Q3组成多谐振荡器，调整R2或 Cl振荡频率定为5kHz。输出频率推动后级推挽电路工作，Dl与D2用于吸收推 挽电路关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压，对三极管起保护作用。本电 路中采用两路对称的推挽电路构成双推挽电路提高工作效率。变压器由高频磁 芯绕上前后级匝数相等的线圈做成1:1高频电流变压器，通过变压器可将直流 电流信号转换成交流电流信号，后级输出信号经过全波整流与Ji形滤波实现了 交流电流再转换成直流电流信号的作用，同时也起隔离前级干扰信号的作用。 保护电路对电流极性及过流进行保护，防止电路反接及大电流的损害。权利要求1、一种用恒流源及高频变压器实现无源4～20mA隔离器，其特征是本隔离器用恒流供电至多谐振荡器，经过双推挽电路，再经全波整流电路，经π形滤波和保护电路组成。2、 根据权利要求1所述的一种用恒流源及高频变压器实现无源4 20mA隔 离器，其特征是所述的场效应管Q与电阻R1组成恒流源，且联接电阻R1， 通过R4， R3与R10， Rll至多谐振荡器;R2， Cl， C3， Q3组成多谐振荡器。3、 根据权利要求1所述的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用恒流源及高频变压器实现无源４～２０ｍＡ隔离器，其特征是：本隔离器用恒流供电至多谐振荡器，经过双推挽电路，再经全波整流电路，经π形滤波和保护电路组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林鸿辉，
申请(专利权)人：福建上润精密仪器有限公司，
类型：实用新型
国别省市：35[中国|福建]