一种工业控制信号线路的电涌保护器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种工业控制信号线路的电涌保护器，属于雷电科学与技术领域。该电涌保护器由保护电路1、低通滤波器、保护电路2和光电隔离电路顺序连接而成。保护电路1由气体放电管G1构成，低通滤波器由四个电感L1、L2、L3、L4和四个电容C1、C2、C3、C4组成，保护电路2由四个二极管D1、D2、D3、D4组成，光电隔离电路主要包括两个运算放大器A1、A2和三个发光二极管LED1、LED2、LED3。该电涌保护器结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、应用广泛。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种工业控制信号线路的电涌保护器，属于雷电科学与

技术介绍
随着现代电子技术的高速发展，各种电子设备和大规模集成电路的应用越来越广泛，计算机和各种微电子设备成为工业应用中不可缺少的一部分。由于微电子设备工作电压低、功耗小，过电压耐受能力低，因此系统对信号中的过电压极为敏感。过电压不仅可以引起电子设备系统误动作，还可以造成电子设备的永久性损坏，从而造成直接损失以及间接损失。在工业现场，用模拟的电流来传输信号，因为模拟的电流信号对小信号的噪声并不敏感。4 20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA 高于20mA的信号用于各种故障的报警。4 20mA工业模拟信号的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4 20mA的电流信号，由于变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4 20mA的信号。工业设备工作时，由于所处复杂的工作环境，如电磁场干扰、雷电电磁脉冲以及电火花的影响，将在传输信号的线缆感应出过电压，使工业控制设备产生误动作、报警，严重的情况可能使工业设备停机，造成重大的经济损失。特别是雷电过电压作用时，使工业控制设备的信号处理电路损坏，工业设备无法正常运行，造成巨大的直接和间接经济损失。
技术实现思路
为了保证在外界各种干扰信号作用于工业设备时，工业设备能够正常运行，本技术提供了一种工业控制信号线路的电涌保护器，可以抑制外界各种因素产生的过电压，保证设备安全正常地运行。本技术为解决其技术问题采用如下技术方案—种工业控制信号线路的电涌保护器，由保护电路1、低通滤波器、保护电路2和光电隔离电路顺序连接而成。所述的低通滤波器由四个电感和四个电容组成，电感Ll和电感L3组成的串联电路一端连接在电容Cl的输入端，另一端连接在电容C2的输入端；电感L2和电感L4组成的串联电路一端连接在电容Cl的输出端，另一端连接在电容C2的输出端；电容C3和电容C4 组成的串联电路一端与电容C2的输入端连接，另一端与电容C2的输出端连接。所述的保护电路2由四个二极管组成，二极管Dl的阴极和二极管D2的阴极连接， 二极管D3的阳极和二极管D4的阳极连接，二极管Dl的阳极和二极管D3的阴极连接，二极管D2的阳极和二极管D4的阴极连接。本技术的有益效果如下1、电涌保护器设计中，设有线-地及线间保护，即对雷电的共模及差模过电压有抑制的能力。2、线-地通流容量大，最大为10kA。3、电涌保护器采用低通滤波器作为退耦元件，能降低雷电波陡度，提高抑制线路干扰的能力。4、输入与输出间采用线性光耦器件隔离，有效地保护终端设备。5、线性度好，电路简单，性能稳定可靠，应用广泛。6、低通滤波电路具有结构简单，滤波效果好，可靠性高等特点。附图说明图1电涌保护器的原理方框图。图2(a)和图2(b)组成了电涌保护器电路图。图3保护电路1的电路图。图4低通滤波器电路图。图5保护电路2的电路图。图6光电隔离电路的电路图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。工业控制信号线路的电涌保护器原理框图如图1所示。4 20mA的传感器信号经保护电路1，将大能量的雷电波能量释放到大地，送到低通滤波器，滤除高频成分的干扰信号，再送到保护电路2，保护电路2主要功能是线间箝位， 将干扰信号的幅值限制在一定的电压范围，由保护电路2输出的信号送到光电隔离电路对信号进行处理后输出，送到工业信号处理器再进行处理。图1中电涌保护器的原理方框图各部分的主要功能是保护电路1的主要功能是对大能量的雷电波进行对地释放，并将线路上的雷电过电压波的幅值限制在一定的范围。低通滤波器的主要功能有两个一是对雷电波而言相当于电涌保护器的退耦元件，起到降低雷电波陡度的功能；二是将小信号的干扰高频信号滤除掉。保护电路2的主要功能是当两信号线间出现差模过电压时，实现箝位功能，将线间电压限制在一定的范围内。光电隔离电路的功能是有效地解决模拟信号与采集处理电路的电气隔离，防止过电压及干扰信号直接加到采集处理电路，造成采集处理电路的损坏。工业控制信号线路电涌保护器的电原理图如图2(a)和图2(b)所示。4 20mA的模拟电流信号，经过由气体放电管Gl构成的保护电路，将线路中感应的雷电波能量对地释放，输出的信号送到由四个电感Li、L2、L3、L4和四个电容Cl、C2、C3 及C4构成的低通滤波器，滤除线路中的干扰及噪声信号，输出的电流模拟信号加到由四个二极管D1、D2、D3及D4构成的限压箝位电路，对线间信号进行箝位输出。由箝位电路输出的信号加到光电隔离电路，由光电隔离电路对信号进行处理，送到工业设备的信号采集系统进行处理。工业控制信号线路电涌保护器各部分电路的结构及工作原理保护电路1如图3所示。主要由气体放电管Gl构成，采用标称放电电流为5kA，最大放电电流为10kA，直流放电电压为230V的陶瓷放电管，主要的功能是将雷电波能量对地释放，也可以实现线间箝位。低通滤波电路如图4所示。为了提高对干扰的抑制，采用多级滤波。该电路构成的是一个无源低通网络。其中电感Li、电感L2是绕在同一磁环上的两只独立线圈，构成共模抑制电感线圈。当信号电流流过时，所产生的磁场可以互相抵消，不会引起磁芯的饱和， 从而使两个线圈的电感值保持不变，磁芯材料使用导磁率为5000 8000的磁环。电感L3、 电感L4是用来进一步抑制差模噪声的差模扼流圈，电感L3、电感L4的引入使电容Cl、电容 C2的充电电流减小，达到了抑制差模噪声的目的。信号线路上对地并接的电容C3、电容C4 对共模噪声起旁路作用，线路中并接电容Cl、电容C2对差模噪声起抑制作用。图4中各元件的参数为ci = C2 = InF, Ll = L2 = IOmH, L3 = L4 = IOmH, C3 = C4 = 4700pF。保护电路2如图5所示。Dl、D3为硅整流二极管，型号为1N4007。D2、D4为暂态抑制二极管，两器件并联的目的是减少暂态抑制二极管的分布电容。当线路中出现差模过电压时，可以形成双向箝位的电流回路。二极管D2、D4型号为1.5kE12A.光电隔离电路如图6所示。线性光耦器件工作在光电导模式下，信号为正极性输入，正极性输出。隔离电路中电阻R2调节运算放大器Al的输入偏置电流的大小，电容C5起反馈作用，同时滤除电路中的干扰信号。随着信号频率的增加，阻抗将变小，光耦中的初级电流增大，增益随之变大，因而电容C5的引入对通道在高频时的增益有一定的影响。电阻R3控制LED的发光强度，对控制通道的增益起一定的作用。电路的工作过程4 20mA的模拟电流信号在采样电阻Rl上转换为电压信号，经运算放大器Al放大驱动发光二极管LEDl将电信号转换为光信号，接收光电二极管LED3接收的光信号转换为电信号，经运算放大器A2构成电流放大器输出电流信号。改变电路的参数，使输出电流的大小与输入电流信号幅值一样。接收二极管LED2吸收光通量的一部分， 从而产生的控制电流il。该电流用来调节补偿LEDl的非线性，保证电路输出的电流与输入的电流大小一致，电路工作过程中，使输出与输入成线性关系。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种工业控制信号线路的电涌保护器，其特征在于由保护电路１、低通滤波器、保护电路２和光电隔离电路顺序连接而成。

【技术特征摘要】
1.一种工业控制信号线路的电涌保护器，其特征在于由保护电路1、低通滤波器、保护电路2和光电隔离电路顺序连接而成。2.根据权利要求1所述的一种工业控制信号线路的电涌保护器，其特征在于所述的低通滤波器由四个电感L1、L2、L3、L4和四个电容C1、C2、C3、C4组成，电感Ll和电感L3组成的串联电路一端连接在电容Cl的输入端，另一端连接在电容C2的输入端；电感L2和电感 L4组成的串联电路一端连接在电容Cl的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥超，柴健，唐宏科，王金虎，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：实用新型
国别省市：84