模擬輸入電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及次級保護(hù)和電磁電壓監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及模擬輸入電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 模擬輸入電路通常用于次級保護(hù)設(shè)備、電磁電壓監(jiān)控設(shè)備，例如繼電器、電力監(jiān)控 等。這些模擬輸入電路用于獲得變壓器的溫度值或溫度值等。其中，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片 常常被應(yīng)用于模擬輸入電路之中，這樣的應(yīng)用很容易實(shí)現(xiàn)，但是整個(gè)模擬輸入電路的精確 度依賴于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片。如果需要更高的精確度，通常造價(jià)也更高。如果模擬輸入 電路要求隔離，則模擬輸入電路還需要其他更多組件。壓頻轉(zhuǎn)換器（Voltage-to-frequency Converter)也會應(yīng)用于模擬輸入電路之中，但這樣的應(yīng)用并不常見，這是因?yàn)檫@樣的應(yīng)用 通常精確度很低。具體地，當(dāng)輸入電壓很低時(shí)，就很難辨別數(shù)字濾波算法，然而壓頻轉(zhuǎn)換器 的造價(jià)相對較低。
[0003] 圖1不出了現(xiàn)有技術(shù)的一種模擬輸入電路，其中，所述模擬輸入電路包括一模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。其中，模擬輸入電路100包括一電流采樣模塊101，其將輸入的模擬電流轉(zhuǎn) 換為電壓并將其輸送至放大和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊102。放大和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊102用 于休整電壓值至相關(guān)數(shù)值范圍，并進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。從放大和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊102出 來的信號需要經(jīng)過多個(gè)隔離電路，示例性地如隔離電路l〇3a、隔離電路103b……隔離電路 103c。其中，上述隔離電路用于用數(shù)字電路隔離模擬輸入信號。最后，從上述隔離電路出來 的與輸入電流值相關(guān)的數(shù)字信號被輸送至CPU104進(jìn)行處理。
[0004] 圖1所示的模擬輸入電路100的精確度依賴于其中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片，并且造 價(jià)較高。并且，模擬輸入電路100需要多路隔離電路。其中，當(dāng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片是串行 接口時(shí)，其至少需要三路隔離電路。當(dāng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片是并行接口時(shí)，則至少需要八路 隔離電路。
[0005] 圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種模擬輸入電路，其中，所述模擬輸入電路包括一壓頻 轉(zhuǎn)換模塊。其中，所述模擬輸入電路200包括一電流采樣模塊201，其將輸入的模擬電流轉(zhuǎn) 換為電壓并將其輸送給壓頻轉(zhuǎn)換模塊202,接著由壓頻轉(zhuǎn)換模塊202將電壓信號轉(zhuǎn)化成頻 率，再經(jīng)過隔離電路203的隔離，最后輸入CPU204進(jìn)行處理。
[0006] 應(yīng)用如圖2所示的模擬輸入電路200,當(dāng)輸入電壓很低時(shí)，采樣速率很低，因此難 以辨認(rèn)數(shù)字濾波算法，精確度較低。模擬輸入電路200不能應(yīng)用于工業(yè)中的較強(qiáng)干擾領(lǐng)域。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型提出了一種模擬輸入電路，其包括：一電流采集模塊，其對模擬輸入信 號的進(jìn)行電流采樣；一電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊，其接收來自所述電流采集模塊的信號，并將該信 號從電壓轉(zhuǎn)換成頻率；一直流偏置模塊，其輸入一預(yù)先設(shè)定的參考電壓值，并對所述電壓頻 率轉(zhuǎn)換模塊提供一直流偏置電壓；一隔離模塊，其對來自所述電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊的頻率信 號的波形進(jìn)行整形，并且起隔離作用，然后輸出信號至控制裝置，從而得到輸出電流值。本 實(shí)用新型提供的模擬輸入電路結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低，可以增加電流采樣速率，辨別數(shù)字濾波算 法，因此在強(qiáng)磁干擾的工業(yè)環(huán)境下具有高準(zhǔn)確度。并且，參考電壓具有低溫度系數(shù)，因此本 實(shí)用新型提供的模擬輸入電路具有在很寬的溫度范圍內(nèi)都具有良好表現(xiàn)。本實(shí)用新型僅需 要一個(gè)隔離模塊，其精確度達(dá)到了 0. 2%，并可適用于工業(yè)領(lǐng)域的大部分應(yīng)用。
[0008] 進(jìn)一步地，所述隔離模塊包括光電隔離轉(zhuǎn)換器。
[0009] 進(jìn)一步地，所述電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊包括：一第一運(yùn)算放大器，其第一輸入端串聯(lián) 有一第一電阻，在該第一電阻上游還分別連接有一第一電容和一第二電阻，所述第一電容 和第二電阻的另一端分別連接至第一連接點(diǎn)，其中，所述運(yùn)算放大器的第二輸入端串聯(lián)有 一第三電阻，在該第三電阻上游還分別連接有第二電容和第四電阻，所述第二電容和第四 電阻的另一端分別連接至第二連接點(diǎn)，輸入電壓通過所述運(yùn)算放大器的第一端和第二端輸 入，經(jīng)過第一運(yùn)算放大器的處理輸出頻率信號給隔離模塊。
[0010] 進(jìn)一步地，所述直流偏置模塊，其包括一第三電容，其連接至一參考電源芯片；一 第一并聯(lián)支路，其輸入端連接至電源芯片的輸出端，所述其包括并聯(lián)的第五電阻和第四電 容、第六電阻，其中，所述第四電容、第六電阻之間連接至接地端；一第二運(yùn)算放大器，其一 個(gè)輸入端連接至所述第一并聯(lián)支路，其輸出端和另一輸入端連接至第三連接點(diǎn)；一第七電 阻，其與第一運(yùn)算放大器的第一輸入端和第二輸入端分別連接至第四連接點(diǎn)和第五連接 點(diǎn)；一第十六電容，其連接至第四連接點(diǎn)和第五連接點(diǎn)之間。
[0011] 進(jìn)一步地，所述隔離模塊包括：一光電耦合器，其一輸入端依次串聯(lián)有一第八電阻 和第六電容；一第一施密特反相器，其輸出端連接至所述光電耦合器的另一輸入端，其輸入 端連接至電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊，其中，所述光電耦合器的一輸出端依次串聯(lián)有一第九電阻和 第二施密特反相器，所述第二施密特反相器的輸出端連接至控制裝置，在所述第九電阻和 所述光電耦合器的一輸出端之間的之路上還連接有一第十電阻，所述第十電阻并聯(lián)有一光 電二極管和一第^ 電阻。
[0012] 進(jìn)一步地，所述電流采集模塊依次包括相互并聯(lián)的一可變電阻、瞬變電壓抑制二 極管、第九電容、第十電容、第十一電容、第十二電容、第十三電容和第十四電容，其中，在所 述瞬變電壓抑制二極管和所述第九電容之間還分別包括兩個(gè)并聯(lián)支路，所述兩個(gè)并聯(lián)支路 分別包括第十二電阻和第十三電阻以及第十四電阻和第十五電阻，在所述第十一電容和所 述第十二電容之間還分別連接有第一鐵氧體磁珠和第二鐵氧體磁珠，所述第十四電容還 并聯(lián)有相互串聯(lián)的第十六電阻和第十七電阻以及第十八電阻和第十九電阻，其中，所述第 十六電阻和第十七電阻之間的第六連接點(diǎn)和第七連接點(diǎn)相互連接，所述第七連接點(diǎn)為第 十八電阻和第十九電阻之間的連接點(diǎn)，在所述第七連接點(diǎn)上還連接有一第二十電阻，所述 第二十電阻還并聯(lián)有一第十五電容。
【附圖說明】
[0013] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種模擬輸入電路，其包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；
[0014] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一模擬輸入電路；
[0015] 圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的模擬輸入電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的模擬輸入電路的電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的模擬輸入電路的電流采集模塊的結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6是根據(jù)本實(shí)用新型的另一具體實(shí)施例的模擬輸入電路的隔離模塊的結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0020] 本實(shí)用新型提供了一種模擬輸入電路，其包括一電流采集模塊201，其對模擬輸入 信號的進(jìn)行電流采樣。模擬輸入電路還包括一電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊202，其接收來自所述電流 采集模塊201的信號，并將該信號從電壓轉(zhuǎn)換成頻率。一直流偏置模塊205連接至所述電 壓頻率轉(zhuǎn)換模塊202,其輸入一預(yù)先設(shè)定的參考電壓值，并對所述電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊202提 供一直流偏置電壓。一隔離模塊203對來自所述電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊202的頻率信號的波形 進(jìn)行整形，并且起隔離作用，然后輸出信號至控制裝置204,從而得到輸出電流值。
[0021] 其中，本實(shí)用新型提供的模擬輸入電路可以提供一穩(wěn)定的電壓，放大功能又將該 穩(wěn)定的電壓調(diào)制到一期望的數(shù)值。
[0022] 進(jìn)一步地，所述隔離模塊203包括光電隔離轉(zhuǎn)換器。
[0023] 具體地，如圖4所示，所述電壓頻率轉(zhuǎn)換模塊202包括一第一運(yùn)算放大器D1，其第 一輸入端串聯(lián)有一第一電阻Ri，在該第一電阻Ri上游還分別連接有一第一電容C JP-第二 電阻R2，所述第一電容C1和第二電阻R2的另一端分別連接至第一連接點(diǎn)a，所述第一連接 點(diǎn)a連接至XX，其中，所述運(yùn)算放大器D 1的第二輸入端串聯(lián)有一第三電阻R 3，在該第三電阻 R3上游還分別連接有第二電容C 2和第四電阻R 4，所述第二電容C2和第四電阻R 4的另一端 分別連接至第二連接點(diǎn)b，輸入電壓通過所述第一運(yùn)算放大器第一端和第二端輸入，經(jīng) 過第一運(yùn)算放大器D 1的處理輸出頻率信號給隔離模塊。其中，所述第一運(yùn)算放大器D i還外 接一電源，在所述第一運(yùn)算放大器D1和電源之間還連接有一并聯(lián)支路，包括并聯(lián)的第七電 容C 7和極性電容C 8。
[0024] 其中，所述第一電容C1和第二電阻R 2充當(dāng)濾波功能，所述第二電容C 2和第二電阻 R2充當(dāng)濾波功能，所述第一電阻1^和第三電阻R3為輸入阻抗。在第五連接點(diǎn)e和所述運(yùn)算 放大器D 1的輸出端之間還連接有一第五電容C5，其為反饋電阻，并且，第五電容(：5還并聯(lián)有 一第八電阻R 8。
[0025] 如圖4所示，所述直流偏置模塊包括一第三電容C3，其連接至一參考電源芯片W， 其中，所述第三電容C 3用于濾波功能。其中，所述直流偏執(zhí)模塊還包括一第一并聯(lián)支路，其 輸入端連接至電源芯片W的輸出端，所述其包括并聯(lián)的第五電阻R 5和第四電容C4、第六電 阻R6，其中，所述第四電容C4、第六電阻R 6之間連接至接地端。其中，所述第四電容C 4充