[发明专利]基于线性光隔的模数隔离转换电路

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域中的A/D（Analog/Digital，模拟/数字）电路设计，特别是涉及一种基于线性光隔的模数隔离转换电路。

背景技术

在工业控制现场，广泛使用4mA～20mA直流电流来传递过程控制信号，例如现场温度、压力、流量等，MCU（Micro Control Unit，微控制单元）要通过A/D转换，才能获取这些信号进行运行，并最终控制输出或显示。

在工业控制现场，为了避免电流回路上的干扰信号串入到MCU电路，一般要求A/D转换电路与MCU隔离，通常有以下2种方法：

（1）电压隔离法：在前输入回路串一个采样电阻，先把4mA～20mA电流信号转为电压信号，然后把电压信号通过AD202之类的隔离变压器变换到与MCU电路共地的A/D采集芯片，MCU再通过A/D采集芯片完成隔离模数转换。

（2）在电流输入回路端完成A/D转换，转换后的数字量通过TLP521之类的普通光隔传送到MCU。

上述两种方法都需要在输入电流回路前端单独提供一路电源，第一种方法所用AD202不仅体积较大，而且价格昂贵；第二种方法所需要的A/D转换芯片和光隔的数量较多，每一路都要配置一套，当有多路信号需要采集时，硬件成本很高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于线性光隔的模数隔离转换电路，输入电流回路前端无需单独电源，直接从输入电流回路取电，将输入电流信号转化为光信号隔离，能够实现真正的电气隔离，所需器件较少，能够降低硬件成本，简化电路结构，减小电路板面积。

本发明提供的基于线性光隔的模数隔离转换电路，包括：包括稳压二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、线性光隔、第一电阻、第二电阻、第三电阻、A/D转换芯片和MCU，稳压二极管分别与第一运算放大器、线性光隔相连，线性光隔分别与第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻相连，第二运算放大器与第三电阻相连，共同组成放大电路，第二运算放大器还通过A/D转换芯片与MCU相连，其中：

所述稳压二极管，用于：从输入电流取电给第一运算放大器提供电源；

所述第一运算放大器，用于：保证线性光隔的输出光量与输入电流成线性关系，并克服温漂的影响；

所述线性光隔，用于：将输入电流转换为光信号，并将光信号按比例还原成电流信号，实现输入电流与A/D转换芯片的光隔离；

所述第一电阻和第二电阻共同组成一个分流电路，用于：对流入线性光隔的电流进行分流；

所述第二运算放大器与第三电阻共同组成一个电流/电压转换电路，用于：将线性光隔输入的电流信号转为电压信号，输出到A/D转换芯片；

所述A/D转换芯片，用于：将第二运算放大器输入的电压信号转换为数字信号，并将数字信号传给MCU；

所述MCU，用于：接收A/D转换芯片A/D发来的数字信号，根据接收的数字信号，完成隔离转换。

在上述技术方案中，所述线性光隔包括LED、第一光电二极管和第二光电二极管，第一运算放大器包括第一电源正端、第一输入正端、第一输入负端、第一输出端和第一接地端，第二运算放大器包括第二电源正端、第二输入正端、第二输入负端、第二输出端和第二接地端，所述稳压二极管的正极、第一运算放大器的第一电源正端均与输入电流信号的正端相连，稳压二极管的负极分别与第一运算放大器的第一输入正端、第一接地端、线性光隔中LED的负级、第一光电二极管的负级相连，第一运算放大器的第一输出端与线性光隔中LED的正级相连，第一输入负端与线性光隔中第一光电二极管的正级相连。

在上述技术方案中，所述第一运算放大器作为反馈放大器，用于稳定和线性化LED输出的光量，保证LED的正极电压和负极电压相等。

在上述技术方案中，所述线性光隔中第一光电二极管的正级与第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端与输入电流信号的负端相连；第一光电二极管的负级与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与输入电流信号的负端相连。

在上述技术方案中，所述第一电阻和第二电阻共同组成的分流电路对流入线性光隔中第一光电二极管的电流进行分流，保证流过线性光隔中第一光电二极管的电流≤50uA。

在上述技术方案中，所述线性光隔中第二光电二极管的正级与电源接地端相连，第二光电二极管的负级与第二运算放大器的第二输入负端相连，第三电阻的一端与第二运算放大器的第二输入负端相连，第三电阻的另一端与第二运算放大器的第二输出端相连。