一種基于pwm模擬量通道轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種模擬信號轉(zhuǎn)換電路，特別涉及一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場控制系統(tǒng)中處理的信號包括數(shù)字和模擬量信號，要進行現(xiàn)場的儀表控制，就不可避免的用到了信號轉(zhuǎn)換，其中多數(shù)是數(shù)字轉(zhuǎn)模擬量信號應(yīng)用。
[0003]數(shù)模轉(zhuǎn)換電路裝置中，市場的主流是采用ADC集成芯片，對于復雜多變的現(xiàn)場，ADC失效高，不便應(yīng)用于多通道隔離的場合，而基于PWM控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換方式很好的解決了這些問題，簡單實用，且成本低廉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型是針對現(xiàn)在ADC轉(zhuǎn)換成本高、失效率高、抗干擾差的問題，提出了一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)一個低沉本、高效、便捷的數(shù)字轉(zhuǎn)模擬量高精度隔離輸出。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案為:一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，包括輸入脈沖PWM電路、濾波整形電路、V/I輸出驅(qū)動電路，
[0006]輸入脈沖PWM電路:上位機控制輸出可調(diào)占空比的周期脈沖，脈沖接隔離光耦輸入端，隔離光耦輸出一端通過電阻接電源電壓，電阻兩端接限壓穩(wěn)壓管，隔離光耦輸出另一端通過三極管接地，通過隔離光耦通斷，電源電壓通過電阻給充電電容充放電；
[0007]濾波整形電路:充電電容負端接RC濾波電路；
[0008]V/I輸出驅(qū)動電路:濾波整形電路輸出電壓經(jīng)過運算放大器反饋到輸出精密電阻，精密電阻兩端的壓差轉(zhuǎn)換為標準的4?20mA的標準電流輸出。
[0009]所述濾波整形電路輸出電壓接運算放大器正端，精密電阻的下端采用雙三極管增大輸出驅(qū)動，基極和運放輸出連在一起，集電極連到運算放大器的負端，構(gòu)成一套負反饋電路。
[0010]所述V/I輸出驅(qū)動電路中運算放大器輸出接RC濾波電路進行二次濾波后接穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，再反饋到精密電阻上。
[0011]本實用新型的有益效果在于:本實用新型一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，適應(yīng)于各種控制電路板，且可以任意拓展獨立隔離的多路模擬量輸出，簡單易行高效；再者，其成本極低，實現(xiàn)便捷，穩(wěn)定性好，失效率低，標定簡單，精度高，可以達到0.1%，不僅減少了設(shè)計難度，降低了生產(chǎn)成本，而且方便了維修和信號控制。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路通道原理圖；
[0013]圖2為本實用新型一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路PWM工作波形圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換裝置通道原理圖，包括輸入脈沖PWM電路，濾波整形電路，V/I輸出驅(qū)動電路。
[0015]輸入脈沖PWM電路1:如圖2所示，當輸入周期1ms的波形圖時，幅值為5V，占空比為上位機控制，以75%為例，經(jīng)過光耦隔離后，在光耦的次級產(chǎn)生同樣的波形的飽和開關(guān)量信號，幅值由通道電源拉高為24V，當脈沖為低電平時，光耦次級打開，24V電源通過次級開關(guān)經(jīng)過R2和T2構(gòu)成固定通路，因為在R2的兩端并聯(lián)了一個2.5V的限壓穩(wěn)壓管Z1，所以穩(wěn)壓管負端的電壓為21.5V，當脈沖波形在高電平時，隔離光耦次級開關(guān)斷開，電源24V直接通過R2對電容EC進行充電，這樣周期性的按照一定占空比反復不斷的進行充放電，就會在電容上得到周期性的波動的電壓值，占空比越大，充電的面積越大，從而最終的電壓有效值越大且和輸入脈沖序列成比例。
[0016]電壓濾波整形電路1:把電容負端的充放電波動電壓進行RC濾波(圖中的R5C2)，器件參數(shù)經(jīng)過理論計算后，必須要經(jīng)過多次試驗，得出最優(yōu)的參數(shù)值，這樣能保障抗干擾性強，最后誤差可標定等，紋波大的電壓經(jīng)過濾波整理處理后邊的比較平滑穩(wěn)定，圖2中濾波電路后的電壓，即圖1中A點電壓。
[0017]V/I輸出驅(qū)動電路1:濾波后的電壓經(jīng)過放大器Ul反饋到輸出的精密電阻R10，此放大器采用軌到軌輸出，單運放便于多通道隔離，穩(wěn)定性好，溫漂低，能夠保證精密電阻兩端的壓差準確反映輸入的PWM波形，精密電阻的下端采用雙三極管T3、T4增大輸出驅(qū)動，基極和運放輸出連在一起，集電極連到運放的負端，這樣構(gòu)成一套負反饋電路，踐踐板效應(yīng)，穩(wěn)定精密電阻的壓差，最終通過精密電阻的輸出電流時精密和穩(wěn)定的，2.5壓差(由精密穩(wěn)壓模塊Zl提供的2.5V)經(jīng)過濾波、放大及雙三極管驅(qū)動，通過120 Ω精密電阻RlO產(chǎn)生4?20mA的標準電流輸出。
[0018]上述濾波整理好的電壓，通過運算放大器輸出反饋到輸出的精密電阻兩端，此時電壓經(jīng)過兩次濾波穩(wěn)壓(是指運放輸入端EC\R3濾波和R5\C2濾波，去除高頻毛刺)，已非常穩(wěn)定，精密電阻兩端的壓差精確為O?2.5V，通過120 Ω精密電阻最終能輸出O?20.8mA，即O?100%占空比數(shù)字量脈沖，按照一定比例轉(zhuǎn)換為O?20.8mA電流，脈沖的周期和器件參數(shù)是經(jīng)過數(shù)百次試驗經(jīng)驗所得出，最終輸出4?20mA電流的精度可以達到0.1%以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，包括輸入脈沖PWM電路、濾波整形電路、V/I輸出驅(qū)動電路； 輸入脈沖PWM電路:上位機控制輸出可調(diào)占空比的周期脈沖，脈沖接隔離光耦輸入端，隔離光耦輸出一端通過電阻接電源電壓，電阻兩端接限壓穩(wěn)壓管，隔離光耦輸出另一端通過三極管接地，通過隔離光耦通斷，電源電壓通過電阻給充電電容充放電； 濾波整形電路:充電電容負端接RC濾波電路； V/I輸出驅(qū)動電路:濾波整形電路輸出電壓經(jīng)過運算放大器反饋到輸出精密電阻，精密電阻兩端的壓差轉(zhuǎn)換為標準的4?20mA的標準電流輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述濾波整形電路輸出電壓接運算放大器正端，精密電阻的下端采用雙三極管增大輸出驅(qū)動，基極和運放輸出連在一起，集電極連到運算放大器的負端，構(gòu)成一套負反饋電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述V/I輸出驅(qū)動電路中運算放大器輸出接RC濾波電路進行二次濾波后接穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，再反饋到精密電阻上。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于PWM模擬量通道轉(zhuǎn)換電路，包括輸入脈沖PWM電路、濾波整形電路、V/I輸出驅(qū)動電路，上位機控制輸出可調(diào)占空比的周期脈沖，脈沖接隔離光耦輸入端，隔離光耦輸出一端通過電阻接電源電壓，電阻兩端接限壓穩(wěn)壓管，隔離光耦輸出另一端通過三極管接地，通過隔離光耦通斷，電源電壓通過電阻給充電電容充放電；充電電容負端接RC濾波電路；濾波整形電路輸出電壓經(jīng)過運算放大器反饋到輸出精密電阻，精密電阻兩端的壓差轉(zhuǎn)換為標準的4～20mA的標準電流輸出，將可控占空比的脈沖信號轉(zhuǎn)換為標準信號輸出。適應(yīng)于各種控制電路板，且可以任意拓展獨立隔離的多路模擬量輸出，成本極低，穩(wěn)定性好，失效率低，標定簡單，精度高。
【IPC分類】H03K19-0175
【公開號】CN204465501
【申請?zhí)枴緾N201420865931
【發(fā)明人】董金偉, 楊振榮, 陳凱, 包偉華
【申請人】上海自動化儀表有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月31日