0-5V转0-20MA 隔离放大器IC

            模拟信号隔离放大器 技术应用

关键词：模拟信号:0-10mA/0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V/0-±5V/1-5V 等输入与输出之间的隔离及变换。

说 明：IBF 贝福 系列隔离放大器是一种将模拟信号按比例进行隔离和转换的混合集成电路（IC），它分为有源（含辅助电源）型和无源型两大类。

无源型 IC 内部包含有电流信号调制解调电路、信号耦合隔离变换电路等，很小的输入等效电阻，使该 IC 的输入电压达到超宽范围（7.5—32V），以满足用户无需外接电源而实现信号远距离、无失真传输的需要。内部的陶瓷基板、印刷电阻工艺及新技术隔离措施使器件能达到 3KVAC 绝缘电压和工业级宽温度、潮湿、震动的现场恶劣环境要求。IBF 4-20mA 系列产品使用非常方便无需外接任何元件即可实现 4-20mA 电流环隔离或信号一进二出、二进二出等变换功能。

   有源型 IC 是在同一芯片上集成了一个高隔离的 DC/DC 电源及高性能线性光电耦合器的混合集成电路。该芯片除了为内部放大电路供电外，还可以向外部（信号输入与输出端）提供两组隔离的正、负直流电源和两组的 5VDC 稳压基准源，专供外部电路扩展用，如电桥电路、小信号前置放大电路等用户专用电路。该系列产品具有宽信号带宽 20KHZ，可对0~±10VDC 双向直流信号或 0~5VAC 的交流信号进行隔离、调理和变换。该 IC 体积很小，使用非常方便，只需很少外部元件即可实现模拟信号的（I/I I/V V/I V/V）隔离及变换功能。

   主要应用领域： 模拟信号数据采集，隔离传输及供电，工业现场信号隔离传输及变换，地线干扰抑制，信号远程无失真传输，仪器仪表与传感器信号的隔离变换。电力设备及医疗仪器安全隔离栅。

贝福产品体系：IBF 4-20mA 系列———两线无源 4-20mA 信号隔离调理 IC

 IBF-Ax-Px-Ox 系列———直流电流信号（I/V I/I）隔离放大器 IC

 IBF-Ux-Px-Ox 系列———直流电压信号（V/I V/V）隔离放大器 IC

 IBF 1001 /1002 系列———直流双向或交流信号隔离放大器 IC

产品特性：

精度等级：0.1 级、0.2 级、0.5 级

全量程范围内极高的线性度(非线性度<0.2%)

国标标准信号: 0-10mA/0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V/0-±5V/1-5V 输入/输出。具有低

输入阻抗和输出高负载能力

信号输入/输出/辅助电源之间 3KV 三隔离

单电源供电,可为用户在信号输入或输出端提供隔离电源

低成本,小体积,标准单列 SIP12 和双列 DIP24 脚 IC 封装

工业级工作温度范围，符合 UL-94 标准的阻燃材料真空灌封

 

 

一、概述

贝福隔离放大器、信号隔离技术是使模拟信号在发送时不存在穿越发送和接收端之间屏障的电流连接。这允许发送和接收端外的地或基准电平之差值可以高达几千伏，并且防止了可能损害信号的不同地电位之间的环路电流。信号地的噪声可使信号受损。隔离可将信号分离到一个干净的信号子系统地，使传感器、仪器仪表或控制系统与电源之间互相隔离，从而保证整个系统装置的工作安全、可靠及稳定。而在另一种应用中，基准电平之间的电连接可隔离产生一个对于操作人员或病人不安全的电流通路。信号隔离器件依赖于无发送器和接收器来跨越隔离屏障，这种器件曾用于数字信号，但线性化问题迫使模拟信号隔离采用变压器、光电耦合器、电容或光电池等器件来实现。模拟信号隔离：在很多系统中，模拟信号必须隔离。模拟信号所考虑的电路参量完全不同于数字信号。模拟信号通常先要考虑：精度或线性度、频率响应、噪声等。然后是对电源的要求，电源要求高隔离、高精度、低噪声，特别是对输入级。也应该关注隔离放大器的基本精度或线性度不能依靠相应的应用电路来改善，但这些电路可降低噪声和降低输入级电源要求。对于电源噪声的干扰，可以采用调制载波使模拟信号跨越这个屏障。如 IBF  4-20MA 的两线无源信号隔离放大器使模拟隔离简化。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分接收被调制的信号，把它变换回模拟信号并去掉调制/解调过程中固有的纹波成分。对信号隔离的另一问题是隔离放大器输入级所需的功耗，而隔离放大器的输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为基准，输入级通常浮动在另一个电位上。因此，输入级的电源也必须隔离。通常用一个单电源（5V/12V/15V/24V），而不是理想中使用的正、负双电源。

二、原理介绍

 通过反复实验验证,本系列产品达到了预期的目的。

附图说明:

图一、隔离放大器原理

图一 . 1.两线无源 4-20mA 隔离放大器原理框图

总结：

随着现代电子技术的高速发展，有很多新器件可供技术人员开发设计选用。通过新器件的功能扩展可开发出许多实用型的新产品，从而推动电子产品不断更新换代，并且向低成本、小体积、多功能、智能化方面发展。深圳市顺源科技公司的 ISO 系列产品，针对国内外类似产品有着低成本、小体积、高精度、多功能等领先技术。广泛应用在工业控制、医疗设备、仪器仪表等系统中地电位有很大差别的电路设计中。整个产品电路中的每一种器件和工艺都是针对独特系统要求而设计的，新器件性能集成的高水平使得跨越隔离屏障能实现从前做不到的更复杂的操作。

4.隔离放大器-选型及定义

IBF -U(A)□ -P□- O□

输入电压或电流信号值

U1：0-5V         A1：0—1mA                         

   U2：0-10V        A2: 0—10mA                         

   U3：0-75mV       A3: 0—20mA

  U4：0-2.5V       A4: 4—20mA                        

   U5：0-±5V       A5：0—±1mA                         

   U6：0-±10V      A6: 0—±10mA                         

   U7：0-±100mV    A7: 0—±20mA

   U8：用户自定义   A8: 用户自定义                      

辅助电源                                      

   P1:DC24V   P2:DC12V    P3:DC5V    P4:DC15V  P5:用户自定义

输出信号

O1: 4-20mA         O2: 0-20mA      O4: 0-5V    O5:  0-10V  O6: 1-5V   O7: 0-±5V     O8: 0-±10V         O9: -20-+20mA   O10: 用户自定义

5.隔离放大器-产品列举：

例1： 信号输入：0-5V；信号输出：0-5V； 辅助电源：24V

型号：IBF U1-P1-O4

例2： 信号输入：0-10V；信号输出:0-20mA；辅助电源：24V

型号：IBF U2-P1-O2

例3：信号输入：4-20mA 信号输出：0-10V；辅助电源：5V

型号：IBF A4-P3-O5

例3：信号输入：4-20mA 信号输出：1-5V；辅助电源：12V

型号：IBF A4-P2-O6

信号隔离器的工作原理及功能是什么？
工作原理：
首先将变送器或仪表的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。
功能：
一：保护下级的控制回路。
二：消弱环境噪声对测试电路的影响。
三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。DIN系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。
信号隔离器的主要类型有哪些？
隔离器：
工业生产中为增加仪表负载能力并保证连接同一信号的仪表之间互不干扰，提高电气安全性能。需要将输入的电压、电流或频率、电阻等信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理后，再输出隔离的电流和电压信号，安全的送给二次仪表或plc\dcs使用。

单输入单输出信号隔离变送器               

主要特性

精度等级：0.1级、0.2级、0.5级。产品出厂前已检验校正，用户可以直接使用。

国际标准信号输入:0-5V/0-10V/1-5V/2-10V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等。

输出标准信号：0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等，具有高负载能力。

全量程范围内极高的线性度（非线性度<0.2%）

型号及定义                                     

DIN11  IBF -  U(A)□-  P□-  O□    

 

输入额定电压U（或电流A）值		辅助电源P	输出O
U1： 0-5V	A1：0-1mA	P1： DC24V	O1：4-20mA
U2：0-10V	A2：0-10mA	P2： DC12V	O2：0-20mA
U3：0-75mV	A3：0-20mA	P3： DC5V	O4：0-5V
U4：0-2.5V	A4：4-20mA	P4： DC15V	O5：0-10V
U8:2-10V			O6：1-5V
Uz：用户自定义	Az：用户自定义	Pz：用户自定义	Oz: 用户自定义

产品选型举例    

例：输入1：0-5V      辅助电源：24V  输出2：4-20mA  产品型号：DIN11 IBF-U1-P1-O1

通用参数

精   度 ---------- 0.1% ，0.2% ，0.5%	隔    离  ---------- 信号输入/输出/辅助电源
辅助电源---------- DC5V、12V、24V，±10%	绝缘电阻  ---------- ≥20MΩ
工作温度---------- -25 ~ +70℃	耐    压  ---------- 信号输入/输出/辅助电源
工作湿度---------- 10 ~ 90% (无凝露)	2500VDC，50Hz，1分钟，漏电流 1mA
存储温度---------- -45 ~ +80℃	耐冲击电压---------- 3KV， 1.2/50us(峰值)
存储湿度---------- 10 ~ 95% (无凝露)

输入参数					输出参数
输入项目	输入阻抗	电源损耗	输入过载能力		输出项目	输出过载能力	响应时间
0-5V	≥300KΩ	电压输出 < 0.6W 电流输出 <1.5W	2.0倍额定：连续		4-20mA	负载电阻 不超过350Ω	≤1mS
0-10V					0-20mA
0-1mA	1KΩ		1.5倍额定：连续 3.0倍额定：1S
0-10mA	TYP：250Ω 可自设定				0-5V	≥2KΩ
0-20mA					0-10V
4-20mA					1-5V

注: 电流输出型如果要求负载电阻500Ω,请另做注