CN104407656B - 用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，包括DAC输入端、反馈电路和开关电路；反馈电路包括反向输入加法器电路和调节回路，调节回路包括第二运算放大器，第二运算放大器的输出端与反向输入加法器电路的反向输入端连接；反向输入加法器电路的反向输入端为DAC输入端；开关电路为三极管开关电路，三极管的基极与反向输入加法器电路的输出端连接，三极管的集电极与供电电压电路的输出端连接；第二运算放大器的同向输入端与三极管的发射极连接。本发明采用分立元器件单回路闭环方式实现电流环输出，反应速度得到了很大的提高；调节回路实现电流检测，并且采用差分输入，对线路上的共模干扰有很强的抑制作用，提高了电流环的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路。
背景技术
在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：
第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；
第二，传输线的分布电阻会产生电压降；
第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，通常用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环在结构上由两部分即变送器和接收器组成，变送器一般位于现场端、传感器端或模块端，而接收器一般在PLC和计算机端，它一般在控制器内。二线制4～20mA电路应用，其工作电源和信号共用一根导线，工作电源由接收端提供。为了避免50/60Hz的工频干扰，采用电流来传输信号。
实际上，现有4～20mA电流环内部是用集成电路芯片来制作的。集成电路芯片随着温度的变化在遇到放大器、电压到电流的转换时，会存在温漂。现有技术中，开环电流环电路克服不了温漂，电流会随温度变化，不够稳定，测量结果的精度不高。解决温漂常用的实现方法是采用闭环调节，而闭环调节一般是采用软件方法。先测量电流大小，然后通过软件计算方法来改变电流大小，这种调节方式响应速度慢，对算法要求高，算法参数不好就不容易稳定下来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有电流环的温漂问题，本发明提供一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，包括DAC输入端、反馈电路、开关电路和供电电压电路；所述反馈电路包括反向输入加法器电路和调节回路，所述调节回路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的输出端与所述反向输入加法器电路的反向输入端连接；所述反向输入加法器电路的反向输入端为DAC输入端；
所述开关电路为三极管Q1，所述三极管的基极与反向输入加法器电路的输出端连接，三极管的集电极与供电电压电路的输出端连接；所述第二运算放大器的同向输入端与三极管的发射极连接，反向输入端接地；所述第二运算放大器的同向输入端与反向输入端之间通过采样电阻连接；
所述供电电压电路为输出端带有电压源的比例放大器电路，所述比例放大器电路的同向输入端为供电电压电路的输出端。
反向输入加法器电路，包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反向输入端与输出端之间连接有互相并联的第一电阻和第一电容，同向输入端接地；
调节回路，所述第二运算放大器的同向输入端通过第二电阻接地，反向输入端通过相互串联的第三电阻和第四电阻接地；所述第二运算放大器的同向输入端通过第五电阻与三极管的发射极连接；
供电电压电路，包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的反向输入端与输出端之间连接有第六电阻，第三运算放大器的反向输入端通过第七电阻接地，第三运算放大器的同向输入端通过稳压管接地GND。所述的接地GND是指真正的接地，其余所述的接地表示虚拟接地。
还包括电源正反接转换电路，包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极相连后与三极管的集电极连接，所述第三二极管的阳极与第四二极管的阳极相连后接地，所述第一二极管的阳极与第三二极管的阴极相连后引出第一接线端，所述第二二极管的阳极与第四二极管的阴极相连后引出第二接线端。
还包括限流二极管，所述限流二极管的阳极接地，阴极与供电电压电路的输出端连接，所述限流二极管的两端还并联有第二电容。
还包括防静电二极管，所述防静电二极管的阳极与第三电阻和第四电阻相互串联的一端连接，阴极与三极管的基极连接。
本发明的有益效果是，本发明的输出电路，可用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，输出电流可由DAC输入端输入的电压调节，供电电压可由第七电阻R1来调节，成本很低，可以做成一个单独的模块；增加了电源正反接转换电路，使得二线制的电源不管正负只要满足24V就可以使用；采用分立元器件单回路闭环方式实现电流环输出，电流环的稳定性和反应速度得到了很大的提高；调节回路实现电流检测，并且采用差分输入，对线路上的共模干扰有很强的抑制作用，抗干扰能力得到增强，提高了电流环的稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路最优实施例的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，包括DAC输入端DAC0、反馈电路、开关电路和供电电压电路；所述反馈电路包括反向输入加法器电路和调节回路。
所述开关电路为三极管Q1，所述反向输入加法器电路的输出端通过第十一电阻R4与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极与供电电压电路的输出端连接；所述第二运算放大器AR2的同向输入端与三极管Q1的发射极连接，反向输入端接地；所述第二运算放大器AR2的同向输入端与反向输入端之间通过采样电阻R10连接。
所述供电电压电路为输出端带有电压源的比例放大器电路，包括第三运算放大器U1B，所述第三运算放大器U1B的反向输入端与输出端之间连接有第六电阻R2，第三运算放大器U1B的反向输入端通过第七电阻R1接地，第三运算放大器U1B的同向输入端通过稳压管D1接地GND。比例放大器电路的同向输入端连接第八电阻R3后作为供电电压电路的输出端，比例放大器电路的输出端连接+3.3V电压源。
反向输入加法器电路，包括第一运算放大器AR1，所述第一运算放大器AR1的反向输入端与输出端之间连接有互相并联的第一电阻R6和第一电容C1，同向输入端接地。所述反向输入加法器电路的反向输入端连接第十电阻R5后作为DAC输入端DAC0。
调节回路，包括第二运算放大器AR2，所述第二运算放大器AR2的同向输入端通过第二电阻R8接地，反向输入端通过相互串联的第三电阻R11和第四电阻R12接地；所述第二运算放大器AR2的同向输入端通过第五电阻R9与三极管Q1的发射极连接；所述第二运算放大器AR2的输出端通过第九电阻R7与所述反向输入加法器电路的反向输入端连接。输出电流有波动时，硬件自动由第二运算放大器AR2输出和DAC输入端DAC0的设定电压作为加法器AR1的输入调节电路电流，加快了反应速度，增加了精度。
还包括电源正反接转换电路，包括第一二极管D3、第二二极管D4、第三二极管D6和第四二极管D7，所述第一二极管D3的阴极与第二二极管D4的阴极相连后与三极管Q1的集电极连接，所述第三二极管D6的阳极与第四二极管D7的阳极相连后接地，所述第一二极管D3的阳极与第三二极管D6的阴极相连后引出第一接线端，所述第二二极管D4的阳极与第四二极管D7的阴极相连后引出第二接线端。第一接线端和第二接线端通过接线座J1外接。
还包括限流二极管D5，所述限流二极管D5的阳极接地，阴极与供电电压电路的输出端连接，所述限流二极管D5的两端还并联有第二电容C2。
还包括防静电二极管D2，所述防静电二极管D2的阳极与第三电阻R11和第四电阻R12相互串联的一端连接，阴极与三极管Q1的基极连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，其特征在于：包括DAC输入端DAC0、反馈电路、开关电路和供电电压电路；所述反馈电路包括反向输入加法器电路和调节回路，所述调节回路包括第二运算放大器AR2，所述第二运算放大器AR2的输出端与所述反向输入加法器电路的反向输入端连接；所述反向输入加法器电路的反向输入端为DAC输入端DAC0；
所述开关电路为三极管Q1，所述三极管Q1的基极与反向输入加法器电路的输出端连接，三极管Q1的集电极与供电电压电路的输出端连接；所述第二运算放大器AR2的同向输入端与三极管Q1的发射极连接，反向输入端接地；所述第二运算放大器AR2的同向输入端与反向输入端之间通过采样电阻R10连接；
所述供电电压电路为输出端带有电压源的比例放大器电路，所述比例放大器电路的同向输入端为供电电压电路的输出端；
反向输入加法器电路，包括第一运算放大器AR1，所述第一运算放大器AR1的反向输入端与输出端之间连接有互相并联的第一电阻R6和第一电容C1，同向输入端接地；
调节回路，所述第二运算放大器AR2的同向输入端通过第二电阻R8接地，反向输入端通过相互串联的第三电阻R11和第四电阻R12接地；所述第二运算放大器AR2的同向输入端通过第五电阻R9与三极管Q1的发射极连接；
供电电压电路，包括第三运算放大器U1B，所述第三运算放大器U1B的反向输入端与输出端之间连接有第六电阻R2，第三运算放大器U1B的反向输入端通过第七电阻R1接地，第三运算放大器U1B的同向输入端通过稳压管D1接地GND。
2.如权利要求1所述的用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，其特征在于：还包括电源正反接转换电路，包括第一二极管D3、第二二极管D4、第三二极管D6和第四二极管D7，所述第一二极管D3的阴极与第二二极管D4的阴极相连后与三极管Q1的集电极连接，所述第三二极管D6的阳极与第四二极管D7的阳极相连后接地，所述第一二极管D3的阳极与第三二极管D6的阴极相连后引出第一接线端，所述第二二极管D4的阳极与第四二极管D7的阴极相连后引出第二接线端。
3.如权利要求1所述的用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，其特征在于：还包括限流二极管D5，所述限流二极管D5的阳极接地，阴极与供电电压电路的输出端连接，所述限流二极管D5的两端还并联有第二电容C2。
4.如权利要求1所述的用于低功耗两线制仪表的供电和电流环输出电路，其特征在于：还包括防静电二极管D2，所述防静电二极管D2的阳极与第三电阻R11和第四电阻R12相互串联的一端连接，阴极与三极管Q1的基极连接。
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