用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路的製作方法
2024-03-06 21:20:15
用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，包括DAC輸入端、反饋電路和開關電路；反饋電路包括反向輸入加法器電路和調節迴路，調節迴路包括第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端與反向輸入加法器電路的反向輸入端連接；反向輸入加法器電路的反向輸入端為DAC輸入端；開關電路為三極體開關電路，三極體的基極與反向輸入加法器電路的輸出端連接，三極體的集電極與供電電壓電路的輸出端連接；第二運算放大器的同向輸入端與三極體的發射極連接。本發明採用分立元器件單迴路閉環方式實現電流環輸出，反應速度得到了很大的提高；調節迴路實現電流檢測，並且採用差分輸入，對線路上的共模幹擾有很強的抑制作用，提高了電流環的穩定性。
【專利說明】用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路。
【背景技術】
[0002]在工業現場，用一個儀表放大器來完成信號的調理並進行長線傳輸，會產生以下問題:
[0003]第一，由於傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的幹擾；
[0004]第二,傳輸線的分布電阻會產生電壓降；
[0005]第三，在現場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。
[0006]為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響，通常用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲並不敏感。4?20mA的電流環便是用4mA表不零信號，用20mA表不信號的滿刻度,而低於4mA高於20mA的信號用於各種故障的報警。
[0007]4?20mA電流環在結構上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位於現場端、傳感器端或模塊端，而接收器一般在PLC和計算機端，它一般在控制器內。二線制4?20mA電路應用，其工作電源和信號共用一根導線，工作電源由接收端提供。為了避免50/60HZ的工頻幹擾，採用電流來傳輸信號。
[0008]實際上，現有4?20mA電流環內部是用集成電路晶片來製作的。集成電路晶片隨著溫度的變化在遇到放大器、電壓到電流的轉換時，會存在溫漂。現有技術中，開環電流環電路克服不了溫漂，電流會隨溫度變化，不夠穩定，測量結果的精度不高。解決溫漂常用的實現方法是採用閉環調節，而閉環調節一般是採用軟體方法。先測量電流大小，然後通過軟體計算方法來改變電流大小，這種調節方式響應速度慢，對算法要求高，算法參數不好就不容易穩定下來。
【發明內容】
[0009]本發明要解決的技術問題是:為了克服現有電流環的溫漂問題，本發明提供一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路。
[0010]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，包括DAC輸入端、反饋電路、開關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節迴路，所述調節迴路包括第二運算放大器，所述第二運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；
[0011]所述開關電路為三極體開關電路，所述三極體的基極與反向輸入加法器電路的輸出端連接，三極體的集電極與供電電壓電路的輸出端連接；所述第二運算放大器的同向輸入端與三極體的發射極連接，反向輸入端接地；所述第二運算放大器的同向輸入端與反向輸入端之間通過採樣電阻連接；
[0012]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。
[0013]反向輸入加法器電路，包括第一運算放大器，所述第一運算放大器的反向輸入端與輸出端之間連接有互相併聯的第一電阻和第一電容，同向輸入端接地；
[0014]調節迴路，所述第二運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的第三電阻和第四電阻接地；所述第二運算放大器的同向輸入端通過第五電阻與三極體的發射極連接；
[0015]供電電壓電路，包括第三運算放大器，所述第三運算放大器的反向輸入端與輸出端之間連接有第六電阻，第三運算放大器的反向輸入端通過第七電阻接地，第三運算放大器的同向輸入端通過穩壓管GND接地。所述的GND接地是指真正的接地，其餘所述的接地表示虛擬接地。
[0016]還包括電源正反接轉換電路，包括第一二極體、第二二極體、第三二極體和第四二極體，所述第一二極體的陰極與第二二極體的陰極並聯後與三極體的集電極連接，所述第三二極體的陽極與第四二極體的陽極並聯後接地，所述第一二極體的陽極與第三二極體的陰極串聯後引出第一接線端，所述第二二極體的陽極與第四二極體的陰極串聯後引出第二接線端。
[0017]還包括限流二極體，所述限流二極體的陽極接地，陰極與供電電壓電路的輸出端連接，所述限流二極體的兩端還並聯有第二電容。
[0018]還包括防靜電二極體，所述防靜電二極體的陽極與第三電阻和第四電阻相互串聯的一端連接，陰極與三極體的基極連接。
[0019]本發明的有益效果是，本發明的輸出電路，可用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，輸出電流可由DAC輸入端輸入的電壓調節，供電電壓可由第七電阻Rl來調節，成本很低，可以做成一個單獨的模塊；增加了電源正反接轉換電路，使得二線制的電源不管正負只要滿足24V就可以使用；採用分立元器件單迴路閉環方式實現電流環輸出，電流環的穩定性和反應速度得到了很大的提高；調節迴路實現電流檢測，並且採用差分輸入，對線路上的共模幹擾有很強的抑制作用，抗幹擾能力得到增強，提高了電流環的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0021]圖1是本發明的用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路最優實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0023]如圖1所示，本發明的一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，包括DAC輸入端DACO、反饋電路、開關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節迴路。
[0024]所述開關電路為三極體開關電路，所述反向輸入加法器電路的輸出端通過第十一電阻R4與三極體Ql的基極連接，三極體Ql的集電極與供電電壓電路的輸出端連接；所述第二運算放大器AR2的同向輸入端與三極體Ql的發射極連接，反向輸入端接地；所述第二運算放大器AR2的同向輸入端與反向輸入端之間通過採樣電阻RlO連接。
[0025]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，包括第三運算放大器U1B，所述第三運算放大器UlB的反向輸入端與輸出端之間連接有第六電阻R2，第三運算放大器UlB的反向輸入端通過第七電阻Rl接地，第三運算放大器UlB的同向輸入端通過穩壓管DlGND接地。比例放大器電路的同向輸入端連接第八電阻R3後作為供電電壓電路的輸出端，比例放大器電路的輸出端連接+3.3V電壓源。
[0026]反向輸入加法器電路，包括第一運算放大器ARl，所述第一運算放大器ARl的反向輸入端與輸出端之間連接有互相併聯的第一電阻R6和第一電容Cl,同向輸入端接地。所述反向輸入加法器電路的反向輸入端連接第十電阻R5後作為DAC輸入端DAC0。
[0027]調節迴路，包括第二運算放大器AR2，所述第二運算放大器AR2的同向輸入端通過第二電阻R5接地，反向輸入端通過相互串聯的第三電阻Rll和第四電阻R12接地；所述第二運算放大器AR2的同向輸入端通過第五電阻R9與三極體Ql的發射極連接；所述第二運算放大器AR2的輸出端通過第九電阻R7與所述反向輸入加法器電路的反向輸入端連接。輸出電流有波動時，硬體自動由第二運算放大器AR2輸出和DAC輸入端DACO的設定電壓作為加法器ARl的輸入調節電路電流，加快了反應速度，增加了精度。
[0028]還包括電源正反接轉換電路，包括第一二極體D3、第二二極體D4、第三二極體D6和第四二極體D7，所述第一二極體D3的陰極與第二二極體D4的陰極並聯後與三極體Ql的集電極連接，所述第三二極體D6的陽極與第四二極體D7的陽極並聯後接地，所述第一二極體D3的陽極與第三二極體D6的陰極串聯後引出第一接線端，所述第二二極體D4的陽極與第四二極體D7的陰極串聯後引出第二接線端。第一接線端和第二接線端通過接線座Jl外接。
[0029]還包括限流二極體D5，所述限流二極體D5的陽極接地，陰極與供電電壓電路的輸出端連接，所述限流二極體D5的兩端還並聯有第二電容C2。
[0030]還包括防靜電二極體D2，所述防靜電二極體D2的陽極與第三電阻Rl I和第四電阻R12相互串聯的一端連接，陰極與三極體Ql的基極連接。
[0031]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【權利要求】
1.一種用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，其特徵在於:包括0仏輸入端(0…0)、反饋電路、開關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節迴路，所述調節迴路包括第二運算放大器(八以)，所述第二運算放大器(八以)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0^0輸入端(0八⑶)； 所述開關電路為三極體開關電路，所述三極體(以)的基極與反向輸入加法器電路的輸出端連接，三極體(以)的集電極與供電電壓電路的輸出端連接；所述第二運算放大器(八尺2)的同向輸入端與三極體(以)的發射極連接，反向輸入端接地；所述第二運算放大器(八尺2)的同向輸入端與反向輸入端之間通過採樣電阻([0)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。
2.如權利要求1所述的用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，其特徵在於: 反向輸入加法器電路，包括第一運算放大器(八町)，所述第一運算放大器(八町)的反向輸入端與輸出端之間連接有互相併聯的第一電阻(冊)和第一電容(01),同向輸入端接地； 調節迴路，所述第二運算放大器(八以)的同向輸入端通過第二電阻￠5)接地，反向輸入端通過相互串聯的第三電阻￠11)和第四電阻([2)接地；所述第二運算放大器(八以)的同向輸入端通過第五電阻(四)與三極體(以)的發射極連接； 供電電壓電路，包括第三運算放大器⑴18),所述第三運算放大器⑴18)的反向輸入端與輸出端之間連接有第六電阻(以)，第三運算放大器⑴18)的反向輸入端通過第七電阻￠1)接地，第三運算放大器⑴18)的同向輸入端通過穩壓管(01)(}冊接地。
3.如權利要求1所述的用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，其特徵在於:還包括電源正反接轉換電路，包括第一二極體(03),第二二極體(04),第三二極體(06)和第四二極體(07),所述第一二極體(03)的陰極與第二二極體(04)的陰極並聯後與三極體(以)的集電極連接，所述第三二極體(06)的陽極與第四二極體(07)的陽極並聯後接地，所述第一二極體(03)的陽極與第三二極體(06)的陰極串聯後引出第一接線端，所述第二二極體(04)的陽極與第四二極體(07)的陰極串聯後引出第二接線端。
4.如權利要求1所述的用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，其特徵在於:還包括限流二極體(05),所述限流二極體(05)的陽極接地，陰極與供電電壓電路的輸出端連接，所述限流二極體(05)的兩端還並聯有第二電容((^)。
5.如權利要求2所述的用於低功耗兩線制儀表的供電和電流環輸出電路，其特徵在於:還包括防靜電二極體(02),所述防靜電二極體(02)的陽極與第三電阻([1)和第四電阻([2)相互串聯的一端連接，陰極與三極體(以)的基極連接。
【文檔編號】G05F1/567GK104407656SQ201410710261
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】鄭劍鋒, 王天成, 強浩, 張繼 申請人:常州大學