一种输入无源的线性光电隔离器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种输入无源的线性光电隔离器，它分为输入和输出两部分，其输入部分由取样电阻、稳压元器件、信号放大器和线性光电隔离元件等组成，它充分利用了线性光电隔离元件本身的高耐压特性，又不需要给输入端提供额外的辅助电源，从而避免了辅助电源对隔离器造成的干扰、减少了故障点，同时本实用新型专利技术的输入和输出信号频率响应快、带负载能力强、隔离耐压高。使用时，只需在本实用新型专利技术的输入端接入２－４０ｍＡ的直流电流，便能输出不同的电流或电压隔离信号，广泛满足各种工业控制需要，完全适用于工业上最常用的４～２０ｍＡ电流传输方式。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种对仪器仪表、传感器传输及变换、控制系统、电力设备和医疗仪器的输入和输出进行安全隔离的线性光电隔离器。
技术介绍
工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，但在电路转 输中，必须将非电物理量转换成电信号模拟量才能传输到几百米外的控制室或显示设备 上，再采用隔离器将信号分离到控制系统的地或测量系统的地；使传感器、仪表或控制系统 与电源之间相互隔离，以保证整个系统安全、可靠及稳定地工作。工业上最广泛采用的是用 4 20mA电流来传输模拟量，具体有如下两种传输方式 —种是采用磁隔离方式进行隔离，其不足之处是输入和输出信号频率响应慢、带 负载能力差、隔离耐压低。 另一种是采用有源线性光电隔离方式进行隔离，其不足之处是，它需要给输入和 输出部分分别供电，供电电源容易对隔离器的输入部分产生干扰，从而影响隔离器的性能， 并降低其隔离耐压。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述不足，本技术提出一种输入无源的线性光电隔离器，它分为输入和输出两部分，其输入部分由取样电阻、稳压元器件、信号放大器和线性光电隔离元件等组成，它充分利用了线性光电隔离元件本身的高耐压特性，又不需要给输入端提供额外的辅助电源，从而避免了辅助电源对隔离器造成的干扰、减少了故障点，同时本技术的输入和输出信号频率响应快、带负载能力强、隔离耐压高。使用时，只需在本技术的输入端接入2-40mA的直流电流，便能输出不同的电流或电压隔离信号，广泛满足各种工业控制需要，完全适用于工业上最常用的4 20mA电流传输方式。 本技术解决其技术问题，所采用的技术方案是一种输入无源的线性光电隔离器，它分为输入和输出两部分，其输入部分由取样电阻、稳压元器件、信号放大器和线性光电隔离元件等组成，其结构特点为在输入部分的正端连接稳压二极管和电压基准源，通过该稳压二极管给电压基准源供电，该电压基准源又分别连接线性光电耦合器和运算放大器，电压基准源同时给线性光电耦合器和运算放大器供电，在输入部分的负端并联两个阻值不大于10欧姆的取样电阻，取样电阻产生的取样信号通过运算放大器和电容组成的积分电路来控制三极管导通电阻的大小，通过三极管导通电阻大小来调整线性光耦的第1、2脚的发射电流，该发射电流被线性光耦的第3、4脚和第5、6脚同时按相应比例进行接收和放大，线性光耦的第3、4脚连接运算放大器，该线性光耦的第3、4脚接收的电流闭环反馈到运算放大器，以恒定线性光耦的第1、2脚的发射电流；线性光耦的第5、6脚连接输出部分的电阻、电容和运算放大器，构成输出端的电流放大电路。 上述输入无源的线性光电隔离器，其输入部分不使用辅助电源。3 与现有技术相比，本技术的有益效果是由于本技术在输入端连接有稳 压二极管和电压基准源IC1，能够始终为后续电路提供基准电压，该电路替代了现有技术在 输入端额外采用的辅助电源，从而实现了输入无源结构。本技术设置的两个并联的取 样电阻均采用低阻值电阻，两个电阻的阻值均不大于10欧姆，有效的减少了电路中的干扰 信号，其采样精度更高，适用范围更广，同时能耗更低。本技术线性光耦IC2的3、4脚 接收的电流能够闭环反馈到运算放大器，其有益效果是可以始终快速恒定线性光耦IC2的 1、2脚的发射电流，从而加快了线性光耦的响应时间，提高了输出电流的稳定性和输入/输 出的线性度，本技术能将输入/输出全范围的线形度控制在千分之二以内。同时，由于 本技术的线性光电耦合器不需要连接外界的辅助输入电源，能充分发挥线性光电隔离 元件自身的隔离耐压，其隔离耐压性能比现有技术有大幅度提高。以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。附图说明图1是本技术的电路原理图。具体实施方式如图l所示，本技术的第一种具体实施方式为一种输入无源的线性光电隔 离器，它分为输入INPUT和输出OUTPUT两部分，在输入部分INPUT的正端1+和I-之间连 接双瞬态抑制二极管D1，以防止输入电流瞬变；正端I+连接稳压二极管D2和电压基准源 IC1，通过稳压二极管D2给电压基准源IC1供电，电压基准源IC1又分别连接线性光电耦合 器IC2和运算放大器IC3，电压基准源IC1同时给线性光电耦合器IC2和运算放大器IC3供 电，在输入部分INPUT的负端I-连接取样电阻R5和R6，取样电阻R5和R6并联，R5和R6 的阻值均为10欧姆，取样电阻R5和R6两头分别连接电阻R4、R7，将取样信号通过运算放大 器IC3和电容C5组成的积分电路来控制三极管VT1导通电阻的大小，通过三极管VT1导通 电阻大小来调整线性光耦IC2的1、2脚的发射电流，该发射电流被线性光耦IC2的3、4脚 和5、6脚同时按相应比例进行接收和放大，线性光耦IC2的3、4脚连接运算放大器IC3，该 线性光耦IC2的3、4脚接收的电流闭环反馈到运算放大器IC3，以恒定线性光耦IC2的1、2 脚的发射电流。 在输出部分OUTPUT :由用户提供稳定的辅助电源+24VDC，经电解电容C3、电容C2 滤波，为运算放大器IC4和电压转电流模块U1供电，线性光耦IC2的5、6脚连接输出部分 OUTPUT的电阻R2、电容C4、运算放大器IC4，构成输出端的电流放大电路。放大倍数由电阻 R2的阻值大小决定；电阻R3和电位器RP1形成分压后连接电压转电流模块Ul，可以将输出 信号任意调整为所需的电压或电流信号。比如实现电压0-10V或电流2-40mA范围的输出。 由于本技术采用输入直流电流2-40mA，不需要辅助电源，这便充分发挥了线 性光电隔离元件自身的隔离耐压，信号输入/输出之间隔离耐压能达到5kV rms/1 min Rating ;信号输入到输出的响应速度可达到20kHz ;输入取样电阻不大于10欧姆；本隔离 器精度等级有0. 1级、0. 2级；全量程范围线性度小于0. 2%。权利要求一种输入无源的线性光电隔离器，分为输入和输出两部分，其输入部分由取样电阻、稳压元器件、信号放大器和线性光电隔离元件等组成，其特征在于在输入部分(INPUT)的正端(I+)连接稳压二极管(D2)和电压基准源(IC1)，通过稳压二极管(D2)给电压基准源(IC1)供电，电压基准源(IC1)又分别连接线性光电耦合器(IC2)和运算放大器(IC3)，电压基准源(IC1)同时给线性光电耦合器(IC2)和运算放大器(IC3)供电，在输入部分(INPUT)的负端(I-)并联两个阻值均不大于10欧姆的取样电阻(R5、R6)，取样电阻(R5、R6)产生的取样信号通过运算放大器(IC3)和电容(C5)组成的积分电路来控制三极管(VT1)导通电阻的大小，通过三极管(VT1)导通电阻大小来调整线性光耦(IC2)第1、2脚的发射电流，该发射电流被线性光耦(IC2)的第3、4脚和第5、6脚同时按相应比例进行接收和放大，线性光耦(IC2)的第3、4脚连接运算放大器(IC3)，线性光耦(IC2)的第3、4脚接收的电流闭环反馈到运算放大器(IC3)，以恒定线性光耦(IC2)第1、2脚的发射电流；线性光耦(IC2)的第5、6脚连接输出部分的电阻(R2)、电容(C4)和运算放大器(IC4)，构成输出部分(OUTPU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输入无源的线性光电隔离器，分为输入和输出两部分，其输入部分由取样电阻、稳压元器件、信号放大器和线性光电隔离元件等组成，其特征在于：在输入部分（ＩＮＰＵＴ）的正端（Ｉ＋）连接稳压二极管（Ｄ２）和电压基准源（ＩＣ１），通过稳压二极管（Ｄ２）给电压基准源（ＩＣ１）供电，电压基准源（ＩＣ１）又分别连接线性光电耦合器（ＩＣ２）和运算放大器（ＩＣ３），电压基准源（ＩＣ１）同时给线性光电耦合器（ＩＣ２）和运算放大器（ＩＣ３）供电，在输入部分（ＩＮＰＵＴ）的负端（Ｉ－）并联两个阻值均不大于１０欧姆的取样电阻（Ｒ５、Ｒ６），取样电阻（Ｒ５、Ｒ６）产生的取样信号通过运算放大器（ＩＣ３）和电容（Ｃ５）组成的积分电路来控制三极管（ＶＴ１）导通电阻的大小，通过三极管（ＶＴ１）导通电阻大小来调整线性光耦（ＩＣ２）第１、２脚的发射电流，该发射电流被线性光耦（ＩＣ２）的第３、４脚和第５、６脚同时按相应比例进行接收和放大，线性光耦（ＩＣ２）的第３、４脚连接运算放大器（ＩＣ３），线性光耦（ＩＣ２）的第３、４脚接收的电流闭环反馈到运算放大器（ＩＣ３），以恒定线性光耦（ＩＣ２）第１、２脚的发射电流；线性光耦（ＩＣ２）的第５、６脚连接输出部分的电阻（Ｒ２）、电容（Ｃ４）和运算放大器（ＩＣ４），构成输出部分（ＯＵＴＰＵＴ）的电流放大电路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗军，
申请(专利权)人：成都瑞联电气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]