[發(fā)明專利]用于低功耗兩線制儀表的供電和電流環(huán)輸出電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410710261.2
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104407656A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭劍鋒;王天成;強(qiáng)浩;張繼
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: G05F1/46
• 分類號: G05F1/46;G05F1/567
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于低功耗兩線制儀表的供電和電流環(huán)輸出電路。

背景技術(shù)

在工業(yè)現(xiàn)場，用一個儀表放大器來完成信號的調(diào)理并進(jìn)行長線傳輸，會產(chǎn)生以下問題：

第一，由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘枺瑐鬏斁€會受到噪聲的干擾；

第二，傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降；

第三，在現(xiàn)場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。

為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，通常用電流來傳輸信號，因?yàn)殡娏鲗υ肼暡⒉幻舾小?～20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報(bào)警。

4～20mA電流環(huán)在結(jié)構(gòu)上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位于現(xiàn)場端、傳感器端或模塊端，而接收器一般在PLC和計(jì)算機(jī)端，它一般在控制器內(nèi)。二線制4～20mA電路應(yīng)用，其工作電源和信號共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供。為了避免50/60Hz的工頻干擾，采用電流來傳輸信號。

實(shí)際上，現(xiàn)有4～20mA電流環(huán)內(nèi)部是用集成電路芯片來制作的。集成電路芯片隨著溫度的變化在遇到放大器、電壓到電流的轉(zhuǎn)換時(shí)，會存在溫漂。現(xiàn)有技術(shù)中，開環(huán)電流環(huán)電路克服不了溫漂，電流會隨溫度變化，不夠穩(wěn)定，測量結(jié)果的精度不高。解決溫漂常用的實(shí)現(xiàn)方法是采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，而閉環(huán)調(diào)節(jié)一般是采用軟件方法。先測量電流大小，然后通過軟件計(jì)算方法來改變電流大小，這種調(diào)節(jié)方式響應(yīng)速度慢，對算法要求高，算法參數(shù)不好就不容易穩(wěn)定下來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有電流環(huán)的溫漂問題，本發(fā)明提供一種用于低功耗兩線制儀表的供電和電流環(huán)輸出電路。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種用于低功耗兩線制儀表的供電和電流環(huán)輸出電路，包括DAC輸入端、反饋電路、開關(guān)電路和供電電壓電路；所述反饋電路包括反向輸入加法器電路和調(diào)節(jié)回路，所述調(diào)節(jié)回路包括第二運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與所述反向輸入加法器電路的反向輸入端連接；所述反向輸入加法器電路的反向輸入端為DAC輸入端；

所述開關(guān)電路為三極管開關(guān)電路，所述三極管的基極與反向輸入加法器電路的輸出端連接，三極管的集電極與供電電壓電路的輸出端連接；所述第二運(yùn)算放大器的同向輸入端與三極管的發(fā)射極連接，反向輸入端接地；所述第二運(yùn)算放大器的同向輸入端與反向輸入端之間通過采樣電阻連接；

所述供電電壓電路為輸出端帶有電壓源的比例放大器電路，所述比例放大器電路的同向輸入端為供電電壓電路的輸出端。

反向輸入加法器電路，包括第一運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端之間連接有互相并聯(lián)的第一電阻和第一電容，同向輸入端接地；

調(diào)節(jié)回路，所述第二運(yùn)算放大器的同向輸入端通過第二電阻接地，反向輸入端通過相互串聯(lián)的第三電阻和第四電阻接地；所述第二運(yùn)算放大器的同向輸入端通過第五電阻與三極管的發(fā)射極連接；

供電電壓電路，包括第三運(yùn)算放大器，所述第三運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端之間連接有第六電阻，第三運(yùn)算放大器的反向輸入端通過第七電阻接地，第三運(yùn)算放大器的同向輸入端通過穩(wěn)壓管GND接地。所述的GND接地是指真正的接地，其余所述的接地表示虛擬接地。

還包括電源正反接轉(zhuǎn)換電路，包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，所述第一二極管的陰極與第二二極管的陰極并聯(lián)后與三極管的集電極連接，所述第三二極管的陽極與第四二極管的陽極并聯(lián)后接地，所述第一二極管的陽極與第三二極管的陰極串聯(lián)后引出第一接線端，所述第二二極管的陽極與第四二極管的陰極串聯(lián)后引出第二接線端。

還包括限流二極管，所述限流二極管的陽極接地，陰極與供電電壓電路的輸出端連接，所述限流二極管的兩端還并聯(lián)有第二電容。

還包括防靜電二極管，所述防靜電二極管的陽極與第三電阻和第四電阻相互串聯(lián)的一端連接，陰極與三極管的基極連接。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的輸出電路，可用于低功耗兩線制儀表的供電和電流環(huán)輸出電路，輸出電流可由DAC輸入端輸入的電壓調(diào)節(jié)，供電電壓可由第七電阻R1來調(diào)節(jié)，成本很低，可以做成一個單獨(dú)的模塊；增加了電源正反接轉(zhuǎn)換電路，使得二線制的電源不管正負(fù)只要滿足24V就可以使用；采用分立元器件單回路閉環(huán)方式實(shí)現(xiàn)電流環(huán)輸出，電流環(huán)的穩(wěn)定性和反應(yīng)速度得到了很大的提高；調(diào)節(jié)回路實(shí)現(xiàn)電流檢測，并且采用差分輸入，對線路上的共模干擾有很強(qiáng)的抑制作用，抗干擾能力得到增強(qiáng)，提高了電流環(huán)的穩(wěn)定性。

附圖說明