一种基于pwm模拟量通道转换电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模拟信号转换电路，特别涉及一种基于PWM模拟量通道转换电路。
【背景技术】
[0002]现场控制系统中处理的信号包括数字和模拟量信号，要进行现场的仪表控制，就不可避免的用到了信号转换，其中多数是数字转模拟量信号应用。
[0003]数模转换电路装置中，市场的主流是采用ADC集成芯片，对于复杂多变的现场，ADC失效高，不便应用于多通道隔离的场合，而基于PWM控制的数模转换方式很好的解决了这些问题，简单实用，且成本低廉。
【发明内容】
[0004]本实用新型是针对现在ADC转换成本高、失效率高、抗干扰差的问题，提出了一种基于PWM模拟量通道转换装置，实现一个低沉本、高效、便捷的数字转模拟量高精度隔离输出。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种基于PWM模拟量通道转换电路，包括输入脉冲PWM电路、滤波整形电路、V/I输出驱动电路，
[0006]输入脉冲PWM电路:上位机控制输出可调占空比的周期脉冲，脉冲接隔离光耦输入端，隔离光耦输出一端通过电阻接电源电压，电阻两端接限压稳压管，隔离光耦输出另一端通过三极管接地，通过隔离光耦通断，电源电压通过电阻给充电电容充放电；
[0007]滤波整形电路:充电电容负端接RC滤波电路；
[0008]V/I输出驱动电路:滤波整形电路输出电压经过运算放大器反馈到输出精密电阻，精密电阻两端的压差转换为标准的4?20mA的标准电流输出。
[0009]所述滤波整形电路输出电压接运算放大器正端，精密电阻的下端采用双三极管增大输出驱动，基极和运放输出连在一起，集电极连到运算放大器的负端，构成一套负反馈电路。
[0010]所述V/I输出驱动电路中运算放大器输出接RC滤波电路进行二次滤波后接稳压管稳压，再反馈到精密电阻上。
[0011]本实用新型的有益效果在于:本实用新型一种基于PWM模拟量通道转换电路，适应于各种控制电路板，且可以任意拓展独立隔离的多路模拟量输出，简单易行高效；再者，其成本极低，实现便捷，稳定性好，失效率低，标定简单，精度高，可以达到0.1%，不仅减少了设计难度，降低了生产成本，而且方便了维修和信号控制。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一种基于PWM模拟量通道转换电路通道原理图；
[0013]图2为本实用新型一种基于PWM模拟量通道转换电路PWM工作波形图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示基于PWM模拟量通道转换装置通道原理图，包括输入脉冲PWM电路，滤波整形电路，V/I输出驱动电路。
[0015]输入脉冲PWM电路1:如图2所示，当输入周期1ms的波形图时，幅值为5V，占空比为上位机控制，以75%为例，经过光耦隔离后，在光耦的次级产生同样的波形的饱和开关量信号，幅值由通道电源拉高为24V，当脉冲为低电平时，光耦次级打开，24V电源通过次级开关经过R2和T2构成固定通路，因为在R2的两端并联了一个2.5V的限压稳压管Z1，所以稳压管负端的电压为21.5V，当脉冲波形在高电平时，隔离光耦次级开关断开，电源24V直接通过R2对电容EC进行充电，这样周期性的按照一定占空比反复不断的进行充放电，就会在电容上得到周期性的波动的电压值，占空比越大，充电的面积越大，从而最终的电压有效值越大且和输入脉冲序列成比例。
[0016]电压滤波整形电路1:把电容负端的充放电波动电压进行RC滤波(图中的R5C2)，器件参数经过理论计算后，必须要经过多次试验，得出最优的参数值，这样能保障抗干扰性强，最后误差可标定等，纹波大的电压经过滤波整理处理后边的比较平滑稳定，图2中滤波电路后的电压，即图1中A点电压。
[0017]V/I输出驱动电路1:滤波后的电压经过放大器Ul反馈到输出的精密电阻R10，此放大器采用轨到轨输出，单运放便于多通道隔离，稳定性好，温漂低，能够保证精密电阻两端的压差准确反映输入的PWM波形，精密电阻的下端采用双三极管T3、T4增大输出驱动，基极和运放输出连在一起，集电极连到运放的负端，这样构成一套负反馈电路，踐踐板效应，稳定精密电阻的压差，最终通过精密电阻的输出电流时精密和稳定的，2.5压差(由精密稳压模块Zl提供的2.5V)经过滤波、放大及双三极管驱动，通过120 Ω精密电阻RlO产生4?20mA的标准电流输出。
[0018]上述滤波整理好的电压，通过运算放大器输出反馈到输出的精密电阻两端，此时电压经过两次滤波稳压(是指运放输入端EC\R3滤波和R5\C2滤波，去除高频毛刺)，已非常稳定，精密电阻两端的压差精确为O?2.5V，通过120 Ω精密电阻最终能输出O?20.8mA，即O?100%占空比数字量脉冲，按照一定比例转换为O?20.8mA电流，脉冲的周期和器件参数是经过数百次试验经验所得出，最终输出4?20mA电流的精度可以达到0.1%以内。
【主权项】
1.一种基于PWM模拟量通道转换电路，其特征在于，包括输入脉冲PWM电路、滤波整形电路、V/I输出驱动电路； 输入脉冲PWM电路:上位机控制输出可调占空比的周期脉冲，脉冲接隔离光耦输入端，隔离光耦输出一端通过电阻接电源电压，电阻两端接限压稳压管，隔离光耦输出另一端通过三极管接地，通过隔离光耦通断，电源电压通过电阻给充电电容充放电； 滤波整形电路:充电电容负端接RC滤波电路； V/I输出驱动电路:滤波整形电路输出电压经过运算放大器反馈到输出精密电阻，精密电阻两端的压差转换为标准的4?20mA的标准电流输出。
2.根据权利要求1所述基于PWM模拟量通道转换电路，其特征在于，所述滤波整形电路输出电压接运算放大器正端，精密电阻的下端采用双三极管增大输出驱动，基极和运放输出连在一起，集电极连到运算放大器的负端，构成一套负反馈电路。
3.根据权利要求1所述基于PWM模拟量通道转换电路，其特征在于，所述V/I输出驱动电路中运算放大器输出接RC滤波电路进行二次滤波后接稳压管稳压，再反馈到精密电阻上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于PWM模拟量通道转换电路，包括输入脉冲PWM电路、滤波整形电路、V/I输出驱动电路，上位机控制输出可调占空比的周期脉冲，脉冲接隔离光耦输入端，隔离光耦输出一端通过电阻接电源电压，电阻两端接限压稳压管，隔离光耦输出另一端通过三极管接地，通过隔离光耦通断，电源电压通过电阻给充电电容充放电；充电电容负端接RC滤波电路；滤波整形电路输出电压经过运算放大器反馈到输出精密电阻，精密电阻两端的压差转换为标准的4～20mA的标准电流输出，将可控占空比的脉冲信号转换为标准信号输出。适应于各种控制电路板，且可以任意拓展独立隔离的多路模拟量输出，成本极低，稳定性好，失效率低，标定简单，精度高。
【IPC分类】H03K19-0175
【公开号】CN204465501
【申请号】CN201420865931
【发明人】董金伟, 杨振荣, 陈凯, 包伟华
【申请人】上海自动化仪表有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年12月31日