[发明专利]一种多通道数字信号输入输出隔离箱及电源控制系统

说明书

技术领域

本发明属于数字隔离电路领域，更具体地，涉及一种多通道数字信号输入输出隔离箱及电源控制系统。

背景技术

数字隔离电路主要用于数字信号和开关量信号的传输。隔离电路的作用，一是消除共模噪声回路，另一个是保护器件（或人）免受高电压的危害。已有的用于提供隔离的器件种类很多，按照生产工艺、电气结构和传输原理，主要分为电感、电容耦合以及光学技术的数字隔离器件。电感式隔离器使用不断变化的磁场来通过隔离层实现通信，可以在不明显降低差模信号的情况下减小共模噪声，信号能量转换的效率很高，但是其缺点在于易受外部磁场噪声的干扰。电容耦合隔离，使用不断变化的电场来通过隔离层实现信息的传输，极板尺寸、极板之间的间隔和电介质材料等都决定着电气性能，采用电容隔离效率高，然而电容耦合隔离技术没有差分信号，并且噪声和信号共用相同的传输通道，电容耦合存在带宽限制,并需要时钟编码数据。光电隔离器是以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，不易受强磁场的影响，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，适合用在强磁场环境同时隔离通道数量很多的情况下。

在信号的传输过程中，数字隔离器不仅要将采集到的信号经隔离后传输入工控机，同时也要能将工控机发出的指令信号经隔离后才传输给负载。在很多应用场合，需采集的信号类型很多，例如干接点和湿接点信号，这样就需要在隔离信号输入的前端设计通用的信号采集电路进行处理，再经过信号隔离后，输入工控机。而指令信号需要驱动的负载类型也包含很多，例如继电器一类的电感性负载，还有内阻阻抗小、要求输出电流大的负载。现有公司（例如安华高）生产的光耦隔离电路无法满足这许多的条件，而且有些带隔离的多通道采集卡也无法同时满足这些要求。

发明内容

为了克服电感式隔离抗干扰能力的缺点，电容耦合噪声和信号共用传输通道的问题，同时克服现有光电隔离器的不足，本发明目的在于设计一种费用低、适用性广、可靠性高、带负载能力强同时具有多通道光隔离输入、多通道光隔离输出功能的多通道数字信号输入输出隔离箱。

本发明的目的在于提供一种多通道数字信号输入输出隔离箱，包括输入隔离电路、输出隔离电路和连接器；所述输入隔离电路包括多个并联连接的输入隔离单元；每个输入隔离单元的输入端连接一路采集信号，输出端与所述连接器连接；所述输出隔离电路包括多个并联连接的输出隔离单元；每个输出隔离单元的输入端与所述连接器连接，输出端输出一路指令信号；所述连接器用于连接外部的工控机；多路并行的采集信号分别经过所述输入隔离电路中的多个输入隔离单元后，经由连接器输入工控机；所述工控机发出的多路指令信号通过连接器输出，经输出隔离电路中的多个输出隔离单元后分别驱动多个负载。

更进一步地，所述输入隔离单元包括：依次连接的信号采集电路、第一光耦模块和信号输入电路；信号采集电路对多通道、不同类型输入的数字信号进行采集并输出采集信号，所述采集信号经过所述第一光耦模块和所述信号输入电路后经由连接器输入工控机。

更进一步地，所述信号采集电路包括：电压比较器、三极管、第一电阻和第二电阻；所述电压比较器的正向输入端连接数字采集信号，电压比较器的正向输入端还通过所述第一电阻连接至+5V电压；所述电压比较器的反向输入端连接参考电压；所述三极管的基极连接至所述电压比较器的输出端，发射极接地，集电极与第一光耦模块中发光二极管的阴极连接，发光二极管的阳极通过第二电阻连接至+5V电压。

更进一步地，所述输出隔离单元包括：依次连接的信号输出电路、第二光耦模块和负载驱动电路；信号输出电路将多路指令信号依次经过第二光耦模块和负载驱动电路后分别驱动多个负载。

更进一步地，所述负载驱动电路包括：模拟开关模块、第三电阻和单向导通元件；所述模拟开关模块包括5个端口，第1端口连接+5V电压，第2端口作为负载驱动电路的输出端，第3端口接地，第4端口作为负载驱动电路的输入端与所述第二光耦模块连接，第5端口连接+5V电压；所述第三电阻连接在所述模拟开关模块的第2端口与第3端口之间；所述单向导通元件连接在所述模拟开关模块的第2端口与第3端口之间。

更进一步地，所述单向导通元件为二极管，所述二极管的阴极连接至所述模拟开关模块的第2端口，阳极连接至所述模拟开关模块的第3端口。

更进一步地，所述多通道数字信号输入输出隔离箱还包括用于给所述输入隔离电路和所述输出隔离电路供电的隔离电源。