專利名稱：一種輸入/輸出隔離模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種隔離模塊，特別是指一種輸入/輸出隔離模塊。
背景技術(shù)：
在共地的電氣設(shè)備之間，容易產(chǎn)生地環(huán)流，使得各種設(shè)備之間出現(xiàn)相互干擾的情況。通常，解決這種問(wèn)題的方法，是通過(guò)在所述設(shè)備之間設(shè)置一隔離模塊，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的電氣隔離，解決干擾。在核電站系統(tǒng)中的各種設(shè)備之間，需要設(shè)置一可以選擇輸入或輸出的、并能夠在輸入和輸出之間提供高度電隔離的隔離模塊。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種輸入/輸出隔離模塊，以實(shí)現(xiàn)輸入或輸出的選擇，并在輸入和輸出之間提供高度的電隔離。本實(shí)用新型提供的一種輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，包括輸入調(diào)制電路10，用于調(diào)制外部輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)；輸出解調(diào)電路20，與輸入調(diào)制電路10相連接，用于解調(diào)所述輸入電壓信號(hào)或電流信號(hào)，以將其與噪聲區(qū)分開(kāi)；輸出電壓/電流變換電路30，與輸出解調(diào)電路20相連接，用于將已解調(diào)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并輸出；輸出電流/電壓變換電路40，與輸出解調(diào)電路20相連接，用于將已解調(diào)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸出；輸入電源電路50，與輸入調(diào)制電路10相連接，用于為輸入調(diào)制電路10供電；輸出電源電路60，與輸出解調(diào)電路20相連接，用于為輸出調(diào)制電路20、電壓/電流變換電路和電流電壓/變換電路供電；隔離電源電路70，與輸入電源電路50或輸出電源電路60相連接，用于為輸入電源電路50或輸出電源電路60提供與外部總電源隔離的電壓；參考電源電路80，與隔離電源電路70相連接，并與外部總電源相連接，用于為隔離電源電路70、輸入電源電路50或輸出電源電路60提供穩(wěn)定的電壓。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸入調(diào)制電路10的輸入端與輸出端之間依次連接的時(shí)鐘電路90、觸發(fā)電路100和過(guò)壓保護(hù)電路110。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括與所述輸出解調(diào)電路20相連接的過(guò)壓保護(hù)電路120。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電壓/電流轉(zhuǎn)換電路 30的輸入端與輸出端之間連接有過(guò)壓保護(hù)電路130。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電流/電壓轉(zhuǎn)換電路40的輸入端與輸出端之間依次連接的電壓跟隨電路140，過(guò)壓保護(hù)電路150，160。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸入電源電路50的輸入端與輸出端之間依次連接的穩(wěn)壓電路170，過(guò)壓保護(hù)電路180，190。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電源電路60的輸入端與輸出端之間依次連接的穩(wěn)壓電路200，過(guò)壓保護(hù)電路210，220。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，所述隔離電源電路70包括斬波電路71，用于穩(wěn)壓調(diào)節(jié)；整流濾波電路72，用于輸出與外部總電源隔離的電壓。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述隔離電源電路70的輸入端與輸出端之間依次連接的過(guò)壓保護(hù)電路230和濾波電路M0。上述輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括與所述參考電源電路80相連接的過(guò)壓保護(hù)電路250。由上可以看出，實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)輸入或輸出的選擇，并可在輸入和輸出之間提供高度的電隔離。

圖1為本實(shí)用新型一種輸入/圖2為本實(shí)用新型一種輸入/圖3為本實(shí)用新型一種輸入/圖4為本實(shí)用新型一種輸入/圖5為本實(shí)用新型一種輸入/圖6為本實(shí)用新型一種輸入/圖7為本實(shí)用新型一種輸入/圖8為本實(shí)用新型一種輸入/圖9為本實(shí)用新型一種輸入/圖10為本實(shí)用新型一種輸入圖11為本實(shí)用新型一種輸入圖12為本實(shí)用新型一種輸入圖13為本實(shí)用新型一種輸入圖14為本實(shí)用新型一種輸入圖；圖15為本實(shí)用新型一種輸入圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型提供的一種輸入/輸出隔離模塊進(jìn)行詳細(xì)地介紹。如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種輸入/輸出隔離模塊主要由輸入調(diào)制電路10， 與輸入調(diào)制電路相連接的輸出解調(diào)電路20，與輸出解調(diào)電路20相連接的輸出電壓/電流變換電路30和輸出電流/電壓變換電路40，與輸入調(diào)制電路10相連接的輸入電源電路50，
ζ輸出隔離模塊的電路原理圖； ζ輸出隔離模塊的輸入調(diào)制電路圖； ζ輸出隔離模塊的輸入調(diào)制電路的信號(hào)波形圖； ζ輸出隔離模塊的輸出解調(diào)電路圖； ζ輸出隔離模塊的輸出解調(diào)電路的信號(hào)波形圖； ζ輸出隔離模塊的輸出電壓/電流變換電路圖； ζ輸出隔離模塊的輸出電流/電壓變換電路圖； ζ輸出隔離模塊的輸入電源電路圖； ζ輸出隔離模塊的輸出電源電路圖； /輸出隔離模塊的參考電源電路圖； /輸出隔離模塊的隔離電源電路圖； /輸出隔離模塊實(shí)現(xiàn)輸入隔離的接線圖； /輸出隔離模塊實(shí)現(xiàn)輸出隔離的接線圖； /輸出隔離模塊實(shí)現(xiàn)電壓輸入、電流輸出模式的接線
/輸出隔離模塊實(shí)現(xiàn)電流輸入、電壓輸出模式的接線與輸出解調(diào)電路20相連接的輸出電源電路60，與輸入電源電路50或輸出電源電路60相連接的隔離電源電路70和參考電源電路80，其中參考電源電路80與外部總電源連接。需要說(shuō)明的是，圖1中上述電路各個(gè)部分中的電路僅示出了主要器件，具體每個(gè)部分可參見(jiàn)其他電路圖。其中輸入調(diào)制電路10用于調(diào)制外部輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)。所述電壓信號(hào)的范圍是+1 +5V，所述電流信號(hào)的范圍是4 20mA。輸出解調(diào)電路20用于解調(diào)所述輸入電壓信號(hào)或電流信號(hào)，以將其與噪聲區(qū)分開(kāi)來(lái)。輸出電壓/電流變換電路30用于將已解調(diào)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并輸出。經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)范圍是4 20mA。輸出電流/電壓變換電路40用于將已解調(diào)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸出。經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)范圍是+1 +5V。輸入電源電路50用于為輸入調(diào)制電路10供電。輸出電源電路60用于為輸出調(diào)制電路20，電壓/電流變換電路供電和電流電壓/ 變換電路，其與輸入電源電路50相互電隔離。隔離電源電路70用于為輸入電源電路50或輸出電源電路60提供與外部總電源隔離的^V電壓。 參考電源電路80用于為隔離電源電路70提供18V電壓，為輸入電源電路50或輸出電源電路60提供^V電壓。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)用新型的輸入/輸出隔離，主要是通過(guò)輸入調(diào)制電路10和輸出解調(diào)電路20 之間的電容耦合，及其各自的單獨(dú)電源(輸入電源電路50和輸出電源電路60)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示的輸入調(diào)制電路10，用于調(diào)制外部輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)(輸入信號(hào))，下面對(duì)該電路進(jìn)行說(shuō)明輸入調(diào)制電路10主要通過(guò)比較放大器A5實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的調(diào)制。另外，在輸入調(diào)制電路10的輸入端與輸出端之間依次連接有一個(gè)由邏輯電路A4-1和A4-2串聯(lián)構(gòu)成的時(shí)鐘電路90 ；—個(gè)由邏輯電路A4-3和A4-4串聯(lián)構(gòu)成的觸發(fā)電路100 ；以及由熱敏電阻R47和 R48并聯(lián)構(gòu)成的過(guò)壓保護(hù)電路110。具體而言，如圖2、圖3所示，當(dāng)時(shí)鐘電路發(fā)出的時(shí)鐘脈沖輸出信號(hào)①?gòu)母唠娖较虻碗娖阶兓瘯r(shí)(僅在時(shí)鐘脈沖輸出信號(hào)①發(fā)生變化時(shí)，其變化才能經(jīng)電容C22發(fā)送出去)， 邏輯電路A4-3在其輸入端6(觸發(fā)電路的輸入端之一)接收到一個(gè)低電平(觸發(fā)電路輸入信號(hào)②)，接著在其輸出端(邏輯電路A4-3輸出端4)輸出一個(gè)高電平。由電容C23以類似短路那樣工作，將高電平發(fā)送到邏輯電路A4-4的輸入端1，2。邏輯電路A4-4的輸出端3發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)至邏輯電路A4-3的輸入端5。在時(shí)鐘脈沖輸出信號(hào)①的變化終止時(shí)，邏輯電路A4-3的輸入端6復(fù)位到高電平，但是，由于邏輯電路A4-3的輸入端5為低電平，因此觸發(fā)電路仍然處于原來(lái)的狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)邏輯電路A4-3的輸入端4輸出的高電平，為電容C27充電。通過(guò)電阻R42和晶體管Q5，為電容C23充電(Q5的電流經(jīng)放大電路的輸出信號(hào)調(diào)制)。當(dāng)為電容C23充電時(shí)，邏輯電路A4-4的輸入端1和2之間的電位便下降。當(dāng)該電位下降至轉(zhuǎn)位電位③時(shí)，邏輯電路A4-4的輸入和輸出信號(hào)反向。此時(shí)，邏輯電路A4-3
5的輸入端5和6都接收到高電平信號(hào)，于是其輸出端4置于低電平，即輸出信號(hào)④為低電平信號(hào)。加到邏輯電路A4-4輸入端1和2的電壓變化速度取決于電容C23的充電電流，即晶體管Q5的電流。由于Q5的電流經(jīng)由放大電路的輸出信號(hào)調(diào)制，這樣邏輯電路A4-3輸出端 4上的脈沖寬度，決定了電容C27兩端的電壓，因此所述輸出信號(hào)的平均值在任何時(shí)候都等于輸入信號(hào)。即，經(jīng)放大電路(比較放大器似)調(diào)制的輸出信號(hào)在任何時(shí)候，其平均值保持在一個(gè)與電容C27兩端的輸入信號(hào)相等的電壓。因此，在輸入調(diào)制電路10的輸出端的脈沖寬度取決于所述輸入信號(hào)。輸入調(diào)制電路10可以接受一個(gè)+1 +5V的電壓信號(hào)，或一個(gè)4 20mA的電流信號(hào)。通過(guò)外接線的變化，可以實(shí)現(xiàn)這兩種信號(hào)的轉(zhuǎn)換如圖2所示，對(duì)于輸入信號(hào)為電壓信號(hào)來(lái)說(shuō)，不安裝跨接線K1，直接把電壓信號(hào)加到比較放大器A5的輸入端，即完成圖14示出的電壓/電流轉(zhuǎn)換；對(duì)于輸入信號(hào)為電流信號(hào)來(lái)說(shuō)，需要安裝跨接線K1，即完成如圖15示出的電流/電壓轉(zhuǎn)換。該電流信號(hào)在測(cè)量電阻 RM的兩端形成一個(gè)電壓降，該電壓降被加到比較放大器A5的輸入端。另外，輸入調(diào)制電路10中的過(guò)壓保護(hù)電路(熱敏電阻R47和R48)可以用來(lái)防止可能被加到比較放大器A5的輸入端的測(cè)量電阻RM過(guò)壓。電容C21使輸入調(diào)制電路10與輸出解調(diào)電路20隔離。通過(guò)測(cè)試插孔測(cè)量電阻R50的電流，便可以由此測(cè)量出輸入電流的大小。經(jīng)輸入調(diào)制電路10調(diào)制后的輸入信號(hào)通過(guò)電容耦合(電容C21與圖4示出的電容C17、C20進(jìn)行耦合)，傳送至輸出解調(diào)電路20。在所述輸入信號(hào)由低電平向高電平轉(zhuǎn)換期間，如圖4所示，邏輯電路A3-1的輸入端12和13，以及邏輯電路A3-2的輸入端8接收到高電平信號(hào)。邏輯電路A3-3的輸入端1接收到低電平信號(hào)，其輸出端3處為高電平信號(hào)。在所述輸入信號(hào)由低電平向高電平轉(zhuǎn)換結(jié)束后，邏輯電路A3-1的輸入端12和13 復(fù)位到低電平，而邏輯電路A3-2的輸入端8保持高電平。經(jīng)接線口 VS (由輸出電源電路60 提供，將在下文介紹)外加在邏輯電路A3-2輸入端8和9的電信號(hào)，通過(guò)電阻R25，保持高電平，其輸出端10為低電平，同時(shí)邏輯電路A3-3的輸入端3保持高電平。在上述過(guò)程中，當(dāng)所述輸入信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)，邏輯電路A3-3輸出端3輸出的也是高電平信號(hào)，并通過(guò)電阻R34-1對(duì)電容C16進(jìn)行加載。在所述輸入信號(hào)由高電平向低電平轉(zhuǎn)換期間，邏輯電路A3-1的輸入端12和13，以及邏輯電路A3-2的輸入端8接收到低電平信號(hào)(圖5示出了邏輯電路A3-1的輸入端12 和13的輸入信號(hào)波形①，以及邏輯電路A3-2的輸入端8的輸入信號(hào)波形②)，A3-3的輸入端1和2接收到高電平信號(hào)，則其輸出端3輸出低電平信號(hào)。在所述輸入信號(hào)由高電平向低電平轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通過(guò)接線口 VS外加在邏輯電路 A3-2的輸入端8處的電信號(hào)，通過(guò)電阻R25保持在高電平，邏輯電路A3-1的輸入端12和 13通過(guò)電阻R38保持在低電平，邏輯電路A3-3的輸入端1和2為高電平，其輸出端3為低電平。在上述過(guò)程中，當(dāng)所述輸入信號(hào)為電平信號(hào)時(shí)，邏輯電路A3-3的輸出信號(hào)也是低電平信號(hào)，電容C16通過(guò)電阻R34-1放電。關(guān)于輸出解調(diào)電路中各邏輯電路輸入/輸出端高低電平轉(zhuǎn)換狀態(tài)，可參見(jiàn)表1及圖5示出的輸出解調(diào)電路的信號(hào)波形。表1.輸出解調(diào)電路中各邏輯電路輸入/輸出端高低電平轉(zhuǎn)換狀態(tài)表[0067]
權(quán)利要求1.一種輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，包括輸入調(diào)制電路(10)，用于調(diào)制外部輸入的電壓信號(hào)或電流信號(hào)； 輸出解調(diào)電路(20)，與輸入調(diào)制電路(10)相連接，用于解調(diào)所述輸入電壓信號(hào)或電流信號(hào)，以將其與噪聲區(qū)分開(kāi)；輸出電壓/電流變換電路(30)，與輸出解調(diào)電路00)相連接，用于將已解調(diào)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并輸出；輸出電流/電壓變換電路(40)，與輸出解調(diào)電路00)相連接，用于將已解調(diào)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并輸出；輸入電源電路(50)，與輸入調(diào)制電路(10)相連接，用于為輸入調(diào)制電路(10)供電； 輸出電源電路(60)，與輸出解調(diào)電路00)相連接，用于為輸出調(diào)制電路00)、電壓/ 電流變換電路和電流電壓/變換電路供電；隔離電源電路(70)，與輸入電源電路(50)或輸出電源電路(60)相連接，用于為輸入電源電路(50)或輸出電源電路(60)提供與外部總電源隔離的電壓；參考電源電路(80)，與隔離電源電路(70)相連接，并與外部總電源相連接，用于為隔離電源電路(70)、輸入電源電路(50)或輸出電源電路(60)提供穩(wěn)定的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸入調(diào)制電路(10)的輸入端與輸出端之間依次連接的時(shí)鐘電路(90)、觸發(fā)電路(100)和過(guò)壓保護(hù)電路(110)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括與所述輸出解調(diào)電路00)相連接的過(guò)壓保護(hù)電路(120)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電壓 /電流轉(zhuǎn)換電路(30)的輸入端與輸出端之間連接有過(guò)壓保護(hù)電路(130)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路GO)的輸入端與輸出端之間依次連接的電壓跟隨電路(140)，過(guò)壓保護(hù)電路(150，160)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸入電源電路(50)的輸入端與輸出端之間依次連接的穩(wěn)壓電路(170)，過(guò)壓保護(hù)電路(180，190)。
7 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述輸出電源電路(60)的輸入端與輸出端之間依次連接的穩(wěn)壓電路000)，過(guò)壓保護(hù)電路010，220)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，所述隔離電源電路(70) 包括斬波電路(71)，用于穩(wěn)壓調(diào)節(jié)；整流濾波電路(72)，用于輸出與外部總電源隔離的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括在所述隔離電源電路(70)的輸入端與輸出端之間依次連接的過(guò)壓保護(hù)電路O30)和濾波電路040)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入/輸出隔離模塊，其特征在于，還包括與所述參考電源電路(80)相連接的過(guò)壓保護(hù)電路050)。
專利摘要本實(shí)用新型提供的一種輸入/輸出隔離模塊，包括輸入調(diào)制電路用于調(diào)制外部輸入的電壓信號(hào)/電流信號(hào)；輸出解調(diào)電路用于解調(diào)所述輸入電壓信號(hào)/電流信號(hào)；輸出電壓/電流變換電路和輸出電流/電壓變換電路分別用于將已解調(diào)的電壓/電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流/電壓信號(hào)并輸出；輸入電源電路用于為輸入調(diào)制電路供電；輸出電源電路用于為輸出調(diào)制電路、電壓/電流變換和電流電壓/變換電路供電；隔離電源電路用于為輸入或輸出電源電路提供與外部總電源隔離的電壓；參考電源電路用于為隔離電源電路、輸入或輸出電源電路提供穩(wěn)定的電壓。以實(shí)現(xiàn)輸入或輸出的選擇，并在輸入和輸出之間提供高度的電隔離。
文檔編號(hào)H03K19/14GK202014236SQ20112005085
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者侯婷, 李巖, 楊曉奇, 邱建文, 黎宏塊 申請(qǐng)人:中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司, 中科華核電技術(shù)研究院有限公司北京分公司