專利名稱：用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4～20mA隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電控制系統(tǒng)交流電上使用的無源隔離器，具體的說是一種 新型的用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4~20mA隔離器。
技術(shù)背景電控制系統(tǒng)中通常會受到許多的干擾，常見的有地環(huán)電流干擾，設(shè)備干擾， 雷電干擾和人為干擾。為了消除干擾人們發(fā)明了隔離器，如在現(xiàn)場儀表和二次儀 表之間就使用了隔離器。目前國內(nèi)外在無源隔離器和安全柵的應(yīng)用中均采用電 流互感的磁隔離模式，其線性指標(biāo)受到所使用的隔離原理的限制。生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制要用到多種自動化儀表、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。過 程中的信號既有微弱到毫伏級的小信號,又有數(shù)十伏的大信號，甚至還有高達(dá)數(shù) 千伏、數(shù)百安培的信號要處理。從頻率上講，有直流低頻范圍的，也有高頻/脈 沖尖峰。設(shè)備儀表間的互相干擾就成為系統(tǒng)調(diào)試中必須要解決的問題。除了電 磁屏蔽之外，解決各種設(shè)備儀表的"地"，即信號參考點(diǎn)的電位差，將成為重要課 題。因?yàn)椴煌O(shè)備、儀表的信號要互傳互送，那就存在信號參考點(diǎn)問題。換句 話說，要使信號完整傳送，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的信號有一個共同的 參考點(diǎn)，即共有一個"地"。進(jìn)一步講，所有設(shè)備儀表信號的參考點(diǎn)之間電位差為 "零"。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個設(shè)備儀表"地" 之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種設(shè)備儀表在不同環(huán)境受到的干擾 不同，以及導(dǎo)線接點(diǎn)經(jīng)受風(fēng)吹雨淋導(dǎo)致接點(diǎn)質(zhì)量下降等諸多因素，致使各個"地" 之間有差別。隔離器具有使輸入/輸出在電氣上完全隔離的特點(diǎn)。換句話講，輸 入/輸出之間沒有共同"地"，外來信號不管是0-10V，或帶著共模干擾電壓的 0-10V經(jīng)隔離后均為0-10V。即隔離后新建立的"地"與外部設(shè)備儀表"地"沒關(guān)系。正是由于這個原因，也實(shí)現(xiàn)了輸入到PLC主機(jī)的多個外接設(shè)備儀表信號之間隔 離，即它們之間沒有"地"的關(guān)系。 實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是要提供一種對電流互感磁 隔離改進(jìn)的電流互感恒定功率式磁隔離技術(shù)，從而解決輸入/輸出線性受信號電流變化和負(fù)載大小的影響的用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4 20mA隔離器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種用恒流源及高頻變 壓器實(shí)現(xiàn)無源4 20mA隔離器，其特征是本隔離器用恒流供電至多諧振蕩器， 經(jīng)過雙推挽電路，再經(jīng)全波整流電路，經(jīng)K形濾波和保護(hù)電路組成。其中場效應(yīng) 管Q與電阻R1組成恒流源，且聯(lián)接電阻R1，通過R4， R3與R10， Rll至多諧振 蕩器；R2， Cl， C3， Q3組成多諧振蕩器。本實(shí)用新型模塊從有源回路獲取25uA恒定電流用于信號傳輸和電隔離,信 號傳輸采用多諧振蕩器振蕩出5kHZ的頻率經(jīng)過雙推挽電路使電流變壓器，輸出 采用全波整流方式輸出提供經(jīng)過處理的電流信號用于控制或調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型的場效應(yīng)管Q與電阻Rl組成恒流源，調(diào)節(jié)電阻Rl將電流調(diào)在 25uA，通過R4， R3與R10， Rll給多諧振蕩器恒流供電。輸入電流為4mA時， 則實(shí)際輸出電流為輸入電流減去25uA為3.975mA，整機(jī)變換效率為輸出電流/ 輸入電流3.975 mA /4 mAX 100%二99. 375%。 R2， Cl， C3， Q3組成多諧振蕩器， 調(diào)整R2或Cl振蕩頻率定為5kHz。輸出頻率推動后級推挽電路工作，Dl與D2 用于吸收推挽電路關(guān)斷時由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，對三極管起保護(hù) 作用。本電路中采用兩路對稱的推挽電路構(gòu)成雙推挽電路提高工作效率。變壓 器由高頻磁芯繞上前后級匝數(shù)相等的線圈做成1:1高頻電流變壓器，通過變壓 器可將直流電流信號轉(zhuǎn)換成交流電流信號，后級輸出信號經(jīng)過全波整流與^形 濾波實(shí)現(xiàn)了交流電流再轉(zhuǎn)換成直流電流信號的作用，同時也起隔離前級干擾信號的作用。保護(hù)電路對電流極性及過流進(jìn)行保護(hù)，防止電路反接及大電流的損 害。本實(shí)用新型其他電路中都是采用常規(guī)公知簡單電路。本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型在無源隔離器的設(shè)計(jì)中采用電 流互感磁隔離改進(jìn)的電流互感恒定功率式磁隔離技術(shù)，從而解決輸入/輸出線性 受信號電流變化和負(fù)載大小的影響的用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4~20mA 隔咼器。無源隔離器的最大特點(diǎn)在于不需要外接電源，它帶來了簡捷可靠的優(yōu)點(diǎn)同 時也帶來了使用上的局限性。對于4-20mA信號進(jìn)行的隔離傳送，從一個意義 上講是功率傳送，內(nèi)部肯定有功率損耗。損耗表現(xiàn)m輸入端和輸出端電流/電壓 乘積的差值上。以負(fù)載電阻RL-250Q為例，當(dāng)輸出為20mA時輸出端250Q上 的電壓為5.0V，而輸入端的兩端間電壓測試為8.8V。簡單計(jì)算表明，內(nèi)部損耗 等于20mAx(8.8V-5.0V)=76(mW)，也即內(nèi)部損耗為76毫瓦。從使用者角度來 看，假若輸出端負(fù)載電阻RL等于250Q，那么從輸入端看進(jìn)去的等效電阻最大 值為8.8V/20mA=440 (Q)。在這種情況下輸入的4-20mA電流源必須具有驅(qū)動 440Q負(fù)載的能力，才能使無源隔離器在輸出端負(fù)載電阻RL等于250Q條件下 正常工作。不過,從經(jīng)驗(yàn)來看大部分現(xiàn)場儀表能満足這些條件。

圖1是本實(shí)用新型用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源隔離器電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:請參閱圖l，由恒流供電至多諧振蕩器，經(jīng)過雙推挽電路，再經(jīng)全波整流電路，經(jīng)i形濾波和保護(hù)電路組成本隔離器。其中場效應(yīng)管Q與電阻Rl組成恒流 源，且聯(lián)接電阻R1，通過R4， R3與R10， Rll至多諧振蕩器；R2， Cl， C3， Q3組成多諧振蕩器。本實(shí)施例模塊從有源回路獲取25uA恒定電流用于信號傳輸和電隔離，信號 傳輸采用多諧振蕩器振蕩出5kHZ的頻率經(jīng)過雙推挽電路使電流變壓器，輸出采 用全波整流方式輸出提供經(jīng)過處理的電流信號用于控制或調(diào)節(jié)。本實(shí)施例的場效應(yīng)管Q與電阻Rl組成恒流源，調(diào)節(jié)電阻Rl將電流調(diào)在25uA， 通過R4， R3與R10, Rll給多諧振蕩器恒流供電。輸入電流為4mA時，則實(shí)際 輸出電流為輸入電流減去25uA為3. 975mA，整機(jī)變換效率為輸出電流/輸入電流 3.975 mA/4 mAX100%=99. 375%。 R2， Cl， C3， Q3組成多諧振蕩器，調(diào)整R2或 Cl振蕩頻率定為5kHz。輸出頻率推動后級推挽電路工作，Dl與D2用于吸收推 挽電路關(guān)斷時由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，對三極管起保護(hù)作用。本電 路中采用兩路對稱的推挽電路構(gòu)成雙推挽電路提高工作效率。變壓器由高頻磁 芯繞上前后級匝數(shù)相等的線圈做成1:1高頻電流變壓器，通過變壓器可將直流 電流信號轉(zhuǎn)換成交流電流信號，后級輸出信號經(jīng)過全波整流與Ji形濾波實(shí)現(xiàn)了 交流電流再轉(zhuǎn)換成直流電流信號的作用，同時也起隔離前級干擾信號的作用。 保護(hù)電路對電流極性及過流進(jìn)行保護(hù)，防止電路反接及大電流的損害。
權(quán)利要求1、一種用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4～20mA隔離器，其特征是本隔離器用恒流供電至多諧振蕩器，經(jīng)過雙推挽電路，再經(jīng)全波整流電路，經(jīng)π形濾波和保護(hù)電路組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4 20mA隔 離器，其特征是所述的場效應(yīng)管Q與電阻R1組成恒流源，且聯(lián)接電阻R1， 通過R4， R3與R10， Rll至多諧振蕩器;R2， Cl， C3， Q3組成多諧振蕩器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4 20mA隔 離器，其特征是所述的高頻變壓器由高頻磁芯繞上前后級匝數(shù)相等的線圈做 成l:l高頻電流變壓器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用恒流源及高頻變壓器實(shí)現(xiàn)無源4～20mA隔離器，屬電控系統(tǒng)上使用的無源隔離器。本隔離器有恒流供電至多諧振蕩器，經(jīng)過雙推挽電路，再經(jīng)全波整流電路，經(jīng)π形濾波和保護(hù)電路組成。模塊從有源回路獲取25uA恒定電流用于信號傳輸和電隔離，信號傳輸采用多諧振蕩器振蕩出5kHZ的頻率經(jīng)過雙推挽電路使電流變壓器，輸出采用全波整流方式輸出提供經(jīng)過處理的電流信號用于控制或調(diào)節(jié)。由于本實(shí)用新型在無源隔離器的設(shè)計(jì)中采用電流互感磁隔離改進(jìn)的電流互感恒定功率式磁隔離技術(shù)，從而解決輸入/輸出線性受信號電流。
文檔編號G01R15/18GK201107342SQ20072000853
公開日2008年8月27日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者林鴻輝 申請人:福建上潤精密儀器有限公司