[發明專利]高精度4-20mA電流信號采集電路

在審

• 申請號: 202011341449.6
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112526203A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 夏朋浩;張興堂;孫振濤;馬文豪;吳彬;卓慶坤;凌云志;汪高武;鄧超;曹力
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述電路包括：

防反接模塊，用于防止信號反接；

電流旁路模塊，用于接收所述防反接模塊輸出的電流信號且轉化為對應的電壓信號，并在判斷到該電壓信號超過預設電壓閾值時，控制電流的分流，保護后端電路；

信號采集模塊，用于采集上述電壓信號；

補償和校正模塊，用于對所述電壓信號進行補償和校正。

2.根據權利要求1所述的高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述防反接模塊包括第一PMOS管(Q1)、二極管(D1)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)，所述第一PMOS管(Q1)的漏極D連接電流輸入端，源極S連接第二電阻(R2)的一端，柵極G通過第一電阻(R1)連接電流輸出端；所述二極管(D1)的負極連接第一PMOS管(Q1)的源極S，正極連接第一PMOS管(Q1)的柵極G。

3.根據權利要求2所述的高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述電流旁路模塊包括第三電阻(R3)、運算放大器(U1)、第二MOS管(Q2)和電壓基準源VREF；所述第三電阻(R3)的兩端分別連接第二電阻(R2)的另一端和所述電流輸出端；所述運算放大器(U1)的反向輸入端連接第三電阻(R3)和第二電阻(R2)的公共端，正向輸入端連接電壓基準源VREF，輸出端連接第二MOS管(Q2)的柵極G，第二MOS管(Q2)的漏極D和源極S分別連接運算放大器(U1)的反向輸入端和所述電流輸出端；所述第三電阻(R3)接收所述防反接模塊輸出的電流信號并將其轉化為對應的電壓信號，運算放大器(U1)實時監測所述電壓信號并與預設閾值電壓進行比較，若電壓信號超過預設電壓閾值，則立即打開第二MOS管(Q2)，讓電流從第二MOS管(Q2)流過，對流經第三電阻(R3)的電流進行分流，降低第三電阻(R3)處的電壓。

4.根據權利要求3所述的高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述信號采集模塊包括ADC信號采集電路，用于采集所述第三電阻(R3)上的電壓信號。

5.根據權利要求4所述的高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述防反接模塊、電流旁路模塊存在漏電流，需要通過補償和校正模塊對漏電流進行補償，補償公式為：

I_IN＝I_Q+I_R3

式中，I_Q為信號采集模塊采集的漏電流對應的數字量，I_R3為信號采集模塊采集的經過第三電阻(R3)的電流對應的數字量，I_IN為信號采集模塊采集的補償后的輸入電流對應的數字量。

6.根據權利要求5所述的高精度4-20mA電流信號采集電路，其特征在于，所述補償和校正模塊包括一個增益寄存器和一個失調寄存器，用于實現電壓信號校正，校正方式為：增益寄存器與數字量I_IN相乘后再與失調寄存器相加，獲得校正后的電壓信號，校正公式為：

式中，ADC_jz為校正后的電壓信號，M為增益校正參數，C為失調校正參數。