專利名稱：回路供電磁功率補償電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電源隔離器的控制電路，具體涉及一種回路供電磁功 率補償電路。
技術背景作為工業(yè)現(xiàn)場與控制室儀表之間的信號隔離變送器設備，信號隔離器和安 全柵一直發(fā)揮著重要的作用，是工業(yè)控制系統(tǒng)中重要的組成部分。工業(yè)生產中 為增加儀表負載能力并保證連接同 一信號的儀表之間互不干擾，提高電氣安全 性能，需要將輸入的電壓、電流或頻率、電阻等信號進行采集、放大、運算和進 行抗千擾處理后，再輸出隔離的電流和電壓信號，安全的送給二次儀表使用。隔 離器和安全柵一般由輸入信號處理單元、隔離單元、輸出信號處理單元、電源等4部份構成。其中，隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。目前隔離技 術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調制耦合，反饋調制耦 合等多種形式，具體采用什么形式要^f艮據(jù)產品的技術指標而定，總的來講可以 大致分為開關量信號采用光隔離，模擬量信號采用^i隔離的方式。從技術復雜 程度來看，磁隔離比光隔離處理技術復雜，采用磁隔離技術，設計者可以根據(jù) 技術指標采用合適的設計方案，隔離的線性、精度可以根據(jù)產品要求靈活控制。 而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標，設計人員可以調整 的方式很少，也不可能超過廠家提供的技術指標，由于功耗大，光電隔離也不 能實現(xiàn)無源隔離，在現(xiàn)有的隔離器和安全柵產品中，沒有釆用回路供電參數(shù)式 功率補償電路，隔離器和安全柵的非線性將隨負載增加而增加，每100歐姆負 載非線性將增加大概1/1000,通常情況下負載為250歐姆~ 550歐姆，非線性誤差將非常大。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種可靠性高、效率高的回路供電磁 功率補償電路。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的一個技術方案是，提供一種回路供電磁 功率補償電路，包括電源電路、電流取樣反饋電路、電壓取樣反饋電路、反饋補償電路、電流取樣電路，所述電流:f又樣電路與外部直流電源、外部振蕩電路 串聯(lián)連接，其中電流取樣電路連接在外部直流電源的負端和外部振蕩電路之間； 其中，所述電流取樣反饋電路的一個輸入端連接在外部直流電源的正端與 外部振蕩電路的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路的另一個輸入端連接在電流取 樣電路與外部振蕩電路的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路的輸出端連接反饋補 償電路的第一輸入端；所述電流取樣反饋電路根據(jù)流過等效負載Rf的電流If 大小，產生隨流過等效負載Rf的電流If大小變化的電壓，輸出到反饋補償電 路；所述電壓取樣反饋電路的 一個輸入端連接在外部直流電源的正端與外部振 蕩電路的連接節(jié)點上，電壓取樣反饋電路的另一個輸入端接地，電壓取樣反饋 電路的輸出端連接反饋補償電路的第二輸入端；所述電壓取樣反饋電路根據(jù)隨 等效負載Rf大小，產生隨等效負載Rf大小變化的電壓，輸出到反饋補償電路；所述反饋補償電路連接在外部直流電源的正端與外部振蕩電路的連接節(jié)點 上，反饋補償電路的另 一端接地，同時所述反饋補償電路的第 一輸入端連接電 流取樣反饋電路的輸出端，第二輸入端連接電壓取樣反饋電路的輸出端和工作 電流控制電路的輸出端；所述反饋^卜償電路根據(jù)電流取樣反饋電路產生的電壓和電壓取樣反饋電路產生的電壓的差值，產生補償電流Ic,對流過等效負載Rf 上的電流進行補償，保證控制精度；所述工作電流控制電路連接在反饋補償電路的第二輸入端和地之間，同時 工作電流控制電路的控制端與電源電路的負端連接；工作電流控制電路的作用 是當外部供電電壓E發(fā)生變化或者是溫度、反饋補償電路的工作電流發(fā)生變化 時，控制補償電流的大小，進一步提高控制精度等級；所述電源電路的正端與外部直流電源的正端連接，將外部直流電源電壓轉 換成反饋補償電路所需的工作電壓。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，在電流取樣 電路和外部振蕩電路之間還連接有過流保護電路。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，所述反饋補 償電5^包括三極管Q1、運算;^文大器U1A、電阻R1 R5，所述運算放大器U1A的 同相輸入端通過電阻R4連接到電流取樣反饋電路的輸出端，運算放大器U1A的 反相輸入端通過電阻R5連接到電壓取樣反饋電路的輸出端，所述運算放大器U1A 由電源電路供電；所述三極管Ql的發(fā)射極通過電阻Rl接地，同時通過電阻R3 接運算放大器U1A的反相輸入端，三極管Ql的集電極連接外部直流電源的正端， 三極管Ql的基極通過電阻R2接運算放大器U1A的輸出端。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，所述工作電 流控制電路包括電阻R6、 R7,所述電阻R6、 R7串聯(lián)連接，串聯(lián)后一端接地，另 一端連接反饋補償電路的第二輸入端，電阻R6、 R7的連接節(jié)點連接到電源電路 的負端。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，所述電壓取樣反々貴電路由電阻R10、可調電阻W2構成，所述電阻RIO與可調電阻W2串聯(lián)連 接在外部直流電源的正端與地之間，電阻R10與可調電阻W2的連接節(jié)點連接到 反饋放大電i 各的第二輸入端。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，所述電流取 樣反饋電路包括可調恒流源IC1和可調電阻Wl,所述可調恒流源IC1和可調電 阻W1串聯(lián)連接，其中可調恒流源IC1的輸入端連接到外部電源E的正端，可調 恒流源IC1的輸出端連接可調電阻Wl，并且它們的連接節(jié)點與反饋補償電路的 第一輸入端連接，可調電阻W1的另一端連接到過流保護電路和電流取樣電路的 連接節(jié)點上。根據(jù)本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路的一種優(yōu)選方案，所述過流保 護電路包括運算放大器U1B、場效應三極管Q2、電阻R12、 R13,所述運算放大 器U1B的同相輸入端通過電阻R12連接到電源電3各的正端，并通過電阻R13連 接到電源電路的負端，所述運算放大器U1B的反相輸入端通過電流取樣電路6 連接到地，所述運算放大器U1B的輸出端與場效應三極管Q2的柵極連接，場效 應三極管Q2的源極連接到運算放大器U1B的反相輸入端，場效應三極管Q2的 漏極連接外部振蕩電路。本發(fā)明所述的一種回路供電參數(shù)式功率補償電路的有益效果是，由于采用 電流取樣反饋電路、電壓取樣反饋電路和反饋補償電路，能夠對負載變化引起 電壓變化以及電流變化進行回路電流補償，同時由于采用工作電流控制電路， 能夠在外部供電電壓、溫度、運算放大器的工作電流發(fā)生變化時進行補償，因 此具有控制精度高，線性好，產品一致性好，生產工藝簡單，并且由于采用過 流保護電路，能夠在電流超過設定值時斷開供電回路，因此具有使用壽命長、可靠性高的特點，可廣泛應用于電隔離器和安全柵等工業(yè)控制設備、儀器中， 具有良好的應用前景。
圖1是本發(fā)明所述的回路供電參數(shù)式功率補償電路的原理框圖。圖2是本發(fā)明所述的回路供電參數(shù)式功率補償電路的原理圖。圖3是本發(fā)明所述的回路供電參數(shù)式功率補償電路在兩線制回路供電中應用電路圖具體實施方式
參見圖1，本發(fā)明所述的回路供電磁功率補償電路由電流取樣反饋電路1、 電壓取樣反饋電路2、反饋補償電路4、工作電流控制電路5、電流取樣電路6、 過流保護電路8、電源電路7構成，其中外部直流電源E、外部振蕩電路9、過 流保護電路8、電流取樣電路6順序串聯(lián)連接，電流耳又樣電路6連接在外部直流 電源E的負端和過流保護電路8之間；將電流取樣反饋電路1的一個輸入端連 接在外部直流電源E的正端與外部振蕩電路9的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電 路1的另一個輸入端連接在電流取樣電路6與過流保護電路8的連接節(jié)點上， 電流取樣反饋電路1的輸出端連接反饋補償電路4的第一輸入端；將電壓取樣 反饋電路2的一個輸入端連接在外部直流電源E的正端與外部振蕩電路9的連 接節(jié)點上，電壓取樣反饋電路2的另一個輸入端接地，電壓取樣反饋電路2的 輸出端連接反饋補償電路4的第二輸入端；將反饋補償電路4連接在外部直流 電源E的正端與外部振蕩電路9的連接節(jié)點上，反饋補償電路4的另一端接地， 同時所述反饋補償電路4的第一輸入端連接電流取樣反饋電路1的輸出端，第 二輸入端連接電壓取樣反饋電路2的輸出端和工作電流控制電路5的輸出端；將工作電流控制電路5連接在反饋補償電路4的第二輸入端和地之間，同時工作電流控制電^各5的控制端與電源電路7的負端連接，并將電源電路7的正端 與外部直流電源E的正端連4妄，電源電路7的負端為內部浮動地。其中，電流取樣反々貴電路1根據(jù)流過等效負載Rf的電流If大小，產生隨 流過等效負載Rf的電流If大小變化的電壓，輸出到反饋補償電路4;電壓取樣 反饋電路2根據(jù)隨等效負載Rf大小，產生隨等效負載Rf大小變化的電壓，輸 出到反饋補償電路4;所述反饋補償電路4根據(jù)電流取樣反饋電路1產生的電壓 和電壓取樣反饋電路2產生的電壓的差值，產生補償電流Ic，對流過等效負載 Rf上的電流進行補償，同時反饋補償電路4受工作電流控制電路5的控制，當 外部直流電源E變化或者是溫度、反饋補償電路4的工作電流發(fā)生變化時，對 流過負載上的電流進行補償。參見圖2、圖3，所述反饋補償電路4由三極管Ql、運算放大器U1A、電阻 R1 R5、電容C1、 C3構成，所述運算放大器U1A的同相輸入端通過電阻R4連 接到電流取樣反饋電路1的輸出端，運算放大器U1A的反相輸入端通過電阻R5 連接到電壓取樣反饋電路2的輸出端，所述運算放大器U1A由電源電路7供電； 所述三極管Ql的發(fā)射極通過電阻Rl接地，同時通過電阻R3接運算放大器U1A 的反相輸入端，三極管Ql的集電極連接外部直流電源E的正端，三極管Ql的 基極通過電阻R2接運算放大器U1A的輸出端；所述電容Cl連接在運算放大器 U1A的輸出端和反相輸入端之間，所述電容C3接在運算放大器U1A的同相輸入 端和i也之間。所述工作電流控制電路5由電阻R6、 R7、電容C2構成，電阻R6、 R7串聯(lián) 連接，串聯(lián)后一端接地，另一端連接反饋補償電路4的第二輸入端，電阻R6、R7的連接節(jié)點連接到電源電路7的負端；電容C2連接在電源電路7的負端和地 之間。所述電壓取樣反饋電路2由電阻RIO、可調電阻W2構成，所述電阻R10與 可調電阻W2串4關連4妄在外部直流電源E的正端與J也之間，電阻Rl 0與可調電阻 W2的連接節(jié)點連接到反饋補償電路4的第二輸入端。所述電流耳又樣反4責電^各1由可調恒流源IC1、電容C4、可調恒流源設置電 阻R14和可調電阻Wl構成，可調恒流源IC1的輸入端連接到外部電源E的正端， 可調恒流源IC1的輸出端連接可調電阻Wl,并且它們的連接節(jié)點通過電阻R4接 運算放大器U1A的同相輸入端，同時可調恒流源IC1的輸出端通過電容C4接地， 并通過可調恒流源設置電阻R14連接可調恒流源IC1的調整端，可調電阻W1的 另一端連接到過流保護電路8和電流取樣電路6的連接節(jié)點上，所述電流取樣 電路6由電阻R9、 Rll、可調電阻W3構成，其中可調電阻W1、 W2、 W3均可采用 微調電阻排。所述過流保護電路8由運算放大器U1B、場效應三極管Q2、電阻R12、 R13 構成，所述運算放大器U1B的同相輸入端通過電阻R12連接到電源電路7的正 端，并通過電阻R13連接到電源電路7的負端，所述運算放大器U1B的反相輸 入端通過并聯(lián)連接的取樣電阻R9、 Rll、可調電阻W3連接到地，所述運算放大 器U1B的輸出端與場效應三極管Q2的柵極連接，場效應三極管Q2的源極連接 到運算放大器U1B的反相輸入端，場效應^極管Q2的漏極連接外部振蕩電路9。 所述電流取樣電路6由并聯(lián)連接的取樣電阻R9、 Rll、可調電阻W3構成。 所述電源電路7由三端穩(wěn)壓器U2、穩(wěn)壓二極管D1、場效應三極管Q3、 Q4、 Q5、電容C5、 C6、 C7、電阻R15 R24構成。所述外部振蕩電路9由電容C8 C13、電阻R25、 R26、 二極管D2、 D3、三 極管Q7、 Q6、隔離變壓器B構成。所述回路供電磁功率補償電路的工作原理是流過等效負載Rf的電流If 等于反饋補償電路4產生的補償電流Ic加流過串聯(lián)回路的電流Ib。當?shù)刃ж撦d Rf增大時，由于流過等效負載Rf的電流If是恒定的，在等效負載Rf產生的電 壓降增大，外部直流電源E提供給振蕩電路9的電壓減小，電阻R10和可調電 阻W2的連接節(jié)點處的電壓降低，運算放大器U1A的輸出電流增加，流過三極管 Ql的發(fā)射極電流增加，即補償電流Ic增大，使流過等效負載Rf的電流增加； 同理，當?shù)刃ж撦dRf減小時，等效負載Rf上產生的電壓降減小，電阻R10和 可調電阻W2的連接節(jié)點處的電壓增加，運算放大器U1A的輸出電流減小，流過 三極管Ql的發(fā)射極電流減小，即補償電流Ic減小，使流過等效負載Rf的電流 減小。當負載一定時，等效負載Rf—定，等效負載Rf上產生的電壓降一定，這 時如果流過串聯(lián)回路的電流Ib變化時，這個變化的電流通過取樣電阻R9、 Rll、 可調電阻W3、產生一個變化的電壓，這個變化的電壓通過電流取樣反饋電路1 作用于運算放大器U1A的同相輸入端。如果流過串聯(lián)回路的電流Ib電流增大， 電流取樣反饋電路1的輸出電壓增大，即運算放大器U1A的同向輸入端的電壓 增加，運算放大器U1A的輸出電流增加，流過三極管Q1發(fā)射極的電流增加，即 補償電流Ic增加，并隨著流過等效負載Rf的電流增加而增加補償量；同理， 如果流過串聯(lián)回路的電流Ib電流減小，電流取樣反饋電路1的輸出電壓減小， 即運算放大器U1A的同向輸入端的電壓減小，運算放大器U1A的輸出電流減小， 流過三極管Ql發(fā)射極的電流減小，即補償電流Ic減小，并隨著流過等效負載Rf的電流減小而減小補償量。工作電流控制電路5的作用是對電源電路7和運算放大器U1A的工作電流 進行控制；其工作原理是因為外部直流電源E變化或者是溫度、運算放大器 UU的工作電流發(fā)生變化時；這些變化量應該被補償；否則會影響控制精度。電 源電3各7和運算力丈大器UIA的工作電流流過R7產生的電壓通過電阻R6作用到 運算放大器的反相輸入端。當電源電路7和運算放大器U1A總的工作電流增加 時，使運算放大器U1A的反相輸入端的電流增加，從而使得補償電流Ic減??； 反之，當運算放大器U1A的反相輸入端的電流減小，從而使得補償電流Ic增力口； 從而保證流過等效負載Rf的電流If不受電源電路7和運算放大器UIA的工作 電流變化的影響。通過試驗發(fā)現(xiàn)，利用工作電流電路對工作電流進行補償?shù)碾娏鞯拇笮≈饕?由電阻Rl、 R3、 R6、 R7的阻值決定， 一般取R1=R7， R3=R6，控制精度能達到 1/1000,且不受負載變化的影響。
權利要求
1、一種回路供電磁功率補償電路，包括電源電路(7)、電流取樣反饋電路(1)、電壓取樣反饋電路(2)、反饋補償電路(4)、電流取樣電路(6)，所述電流取樣電路(6)與外部直流電源(E)、外部振蕩電路(9)串聯(lián)連接，其中電流取樣電路(6)連接在外部直流電源(E)的負端和外部振蕩電路(9)之間；其特征在于電流取樣反饋電路(1)所述電流取樣反饋電路(1)的一個輸入端連接在外部直流電源(E)的正端與外部振蕩電路(9)的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路(1)的另一個輸入端連接在電流取樣電路(6)與外部振蕩電路(9)的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路(1)的輸出端連接反饋補償電路(4)的第一輸入端；電壓取樣反饋電路(2)所述電壓取樣反饋電路(2)的一個輸入端連接在外部直流電源(E)的正端與外部振蕩電路(9)的連接節(jié)點上，電壓取樣反饋電路(2)的另一個輸入端接地，電壓取樣反饋電路(2)的輸出端連接反饋補償電路(4)的第二輸入端；反饋補償電路(4)所述反饋補償電路(4)連接在外部直流電源(E)的正端與外部振蕩電路(9)的連接節(jié)點上，反饋補償電路(4)的另一端接地，同時所述反饋補償電路(4)的第一輸入端連接電流取樣反饋電路(1)的輸出端，第二輸入端連接電壓取樣反饋電路(2)的輸出端和工作電流控制電路(5)的輸出端；工作電流控制電路(5)工作電流控制電路(5)連接在反饋補償電路(4)的第二輸入端和地之間，同時工作電流控制電路(5)的控制端與電源電路(7)的負端連接；電源電路(7)電源電路(7)的正端與外部直流電源(E)的正端連接，將外部直流電源電壓轉換成反饋補償電路(4)所需的工作電壓。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在于 在電流取樣電路(6 )和外部振蕩電路(9 )之間還連接有過流保護電路(8 )。
3、 根據(jù)權利要求2所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在于 所述反饋補償電路(4)包括三極管Q1、運算放大器U1A、電阻R1 R5，所述 運算放大器U1A的同相輸入端通過電阻R4連接到電流取樣反饋電路(1 )的輸 出端，運算放大器U1A的反相輸入端通過電阻R5連接到電壓取樣反饋電路(2 ) 的輸出端，所述運算放大器U1A由電源電路(7)供電；所述三極管Q1的發(fā)射 極通過電阻R1接地，同時通過電阻R3接運算放大器U1A的反相輸入端，三極 管Ql的集電極連接外部直流電源(E)的正端，三極管Ql的基極通過電阻R2 接運算放大器U1A的輸出端。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在 于所述工作電流控制電路(5)包括電阻R6、 R7;所述電阻R6、 R7串聯(lián)連 接，串聯(lián)后的一端接地，另一端連接反饋補償電路(4)的第二輸入端，電阻 R6、 R7的連接節(jié)點連接到電源電路(7)的負端。
5、 根據(jù)權利要求4所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在于 所述電壓取樣反饋電路(2)由電阻RIO、可調電阻W2構成，所述電阻R10與 可調電阻W2串聯(lián)連接在外部直流電源(E)的正端與地之間，電阻R10與可調 電阻W2的連接節(jié)點連接到反饋放大電路(4)的第二輸入端。
6、 根據(jù)權利要求5所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在于 所述電流取樣反饋電路(1)包括可調恒流源IC1和可調電阻Wl,所述可調恒 流源IC1和可調電阻Wl串聯(lián)連接，其中可調恒流源IC1的輸入端連接到外部 電源E的正端，可調恒流源IC1的輸出端連接可調電阻Wl，并且它們的連接 節(jié)點與反饋補償電i 各(4)的第一輸入端連接，可調電阻W1的另一端連接到過 流保護電路(8)和電流取樣電路(6)的連接節(jié)點上。
7、 根據(jù)權利要求6所述的一種回路供電磁功率補償電路，其特征在于 所述過流保護電路(8)包括運算放大器U1B、場效應三極管Q2、電阻R12、 R13,所述運算放大器U1B的同相輸入端通過電阻R12連接到電源電路(7 )的 正端，并通過電阻R13連接到電源電路(7)的負端，所述運算放大器U1B的 反相輸入端通過電流取樣電路(6 )連接到地，所述運算放大器U1B的輸出端 與場效應三極管Q2的柵極連接，場效應三極管Q2的源極連接到運算放大器 U1B的反相輸入端，場效應三極管Q2的漏極連接外部振蕩電路(9 )。
全文摘要
一種回路供電磁功率補償電路，包括電源電路、電流取樣反饋電路、電壓取樣反饋電路、反饋補償電路、電流取樣電路，其特征在于所述電流取樣反饋電路的一個輸入端連接在外部直流電源的正端與外部振蕩電路的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路的另一個輸入端連接在電流取樣電路與外部振蕩電路的連接節(jié)點上，電流取樣反饋電路的輸出端連接反饋補償電路的第一輸入端；所述電壓取樣反饋電路的一個輸入端連接在外部直流電源的正端與外部振蕩電路的連接節(jié)點上，電壓取樣反饋電路的另一個輸入端接地，電壓取樣反饋電路的輸出端連接反饋放大電路的第二輸入端；該發(fā)明可廣泛應用于電隔離器和安全柵等工業(yè)控制設備、儀器中，具有良好的應用前景。
文檔編號G05F1/70GK101256422SQ200710093190
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權日2007年12月21日
發(fā)明者偉 馮, 周 岳 申請人:重慶宇通系統(tǒng)軟件有限公司