[發(fā)明專利]高精度4-20mA電流信號(hào)采集電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011341449.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112526203A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一六研究所
• 主分類號(hào): G01R19/25
• 分類號(hào): G01R19/25
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度4?20mA電流信號(hào)采集電路，該電路包括防反接模塊，用于防止信號(hào)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(hào)且轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并通過(guò)判斷該電壓信號(hào)是否超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值，控制電流的分流，保護(hù)后端電路；信號(hào)采集模塊，用于采集上述電壓信號(hào)；補(bǔ)償和校正模塊，用于對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。本發(fā)明通過(guò)防反接模塊、電流旁路模塊、信號(hào)采集電路實(shí)現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓的保護(hù)功能，通過(guò)補(bǔ)償和校正模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的補(bǔ)償和校正。本保護(hù)電路對(duì)輸入信號(hào)影響小，對(duì)電流輸入信號(hào)采集最大誤差小于1uA；輸入信號(hào)出現(xiàn)過(guò)大電壓或大電流信號(hào)時(shí)，使過(guò)輸入電路信號(hào)與被保護(hù)系統(tǒng)隔離，有效保護(hù)后級(jí)電路，可靠性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)采集領(lǐng)域，特別涉及一種高精度4-20mA電流信號(hào)采集電路。

背景技術(shù)

工業(yè)應(yīng)用中，使用電壓傳輸信號(hào)會(huì)出現(xiàn)衰減并容易受到干擾，通過(guò)電流來(lái)傳輸信號(hào)不會(huì)因?yàn)榫嚯x長(zhǎng)而出現(xiàn)衰減的情況，4-20mA的電流信號(hào)一種標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的信號(hào)傳輸方式，在調(diào)試和使用過(guò)程中容易將外部的電源電壓直接或者反接接入信號(hào)采集電路導(dǎo)致信號(hào)采集端的電路受損，造成經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。

對(duì)此常規(guī)措施為保護(hù)電路，如圖1所示(專利號(hào)：CN 103618285)，監(jiān)視電壓采集模塊采集到的電壓信號(hào)，并與預(yù)設(shè)閾值電壓比較，如果超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值，則立即控制所述開(kāi)關(guān)控制模塊斷開(kāi)電流回路。其優(yōu)點(diǎn)是輸入超過(guò)預(yù)設(shè)閾值可以斷開(kāi)電路，缺點(diǎn)為電路處于不停的打開(kāi)和斷開(kāi)過(guò)程，不利于信號(hào)采集。專利CN102842883A“電源過(guò)流保護(hù)電路”中描述了一種可以實(shí)現(xiàn)電源在發(fā)生輸出過(guò)流或短路故障的情況下，快速的徹底截?cái)噍敵鲭娏鳎拗齐娫催^(guò)流或短路故障時(shí)釋放的能量，故障解除時(shí)，具有自恢復(fù)功能的電路。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但這些保護(hù)電路會(huì)存在漏電流的情況導(dǎo)致信號(hào)采集精度下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度4-20mA電流信號(hào)采集電路，在保護(hù)電路的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度采集。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高精度4-20mA電流信號(hào)采集電路，所述電路包括：

防反接模塊，用于防止信號(hào)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(hào)且轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并在判斷到該電壓信號(hào)超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值時(shí)，控制電流的分流，保護(hù)后端電路；

信號(hào)采集模塊，用于采集上述電壓信號(hào)；

補(bǔ)償和校正模塊，用于對(duì)所述電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。

進(jìn)一步地，所述防反接模塊包括第一PMOS管、二極管、第一電阻、第二電阻，所述第一PMOS管的漏極D連接電流輸入端，源極S連接第二電阻的一端，柵極G通過(guò)第一電阻連接電流輸出端；所述二極管的負(fù)極連接第一PMOS管的源極S，正極連接第一PMOS管的柵極G。

進(jìn)一步地，所述電流旁路模塊包括第三電阻、運(yùn)算放大器、第二MOS管和電壓基準(zhǔn)源VREF；所述第三電阻的兩端分別連接第二電阻的另一端和所述電流輸出端；所述運(yùn)算放大器的反向輸入端連接第三電阻和第二電阻的公共端，正向輸入端連接電壓基準(zhǔn)源VREF，輸出端連接第二MOS管的柵極G，第二MOS管的漏極D和源極S分別連接運(yùn)算放大器的反向輸入端和所述電流輸出端；所述第三電阻接收所述防反接模塊輸出的電流信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，運(yùn)算放大器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述電壓信號(hào)并與預(yù)設(shè)閾值電壓進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)超過(guò)預(yù)設(shè)電壓閾值，則立即打開(kāi)第二MOS管，讓電流從第二MOS管流過(guò)，對(duì)流經(jīng)第三電阻的電流進(jìn)行分流，降低第三電阻處的電壓。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)采集模塊包括ADC信號(hào)采集電路，用于采集所述第三電阻上的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述防反接模塊、電流旁路模塊存在漏電流，需要通過(guò)補(bǔ)償和校正模塊對(duì)漏電流進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為：

I_IN＝I_Q+I_R3