CN105444786A - 一种4-20mA电流信号输出电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4-20mA电流信号输出电路。整个电路以光耦隔离电路、比较器电路、低通滤波电路、电压跟随电路、电流输出电路、保护电路、电源构成。采用光电耦合器进行光电隔离有效保护了MCU相关电路，利用比较器，低通滤波，电压跟随的技术方法有效的保证了模拟信号的稳定性，降低了信号干扰度，增强了电路的驱动能力，所得到的信号经4-20mA专用芯片得到了高精度、高稳定性的4-20mA的电流信号，再通过输出保护电路的作用，整个电流输出的可靠性得到进一步提到。

Description

一种4-20mA电流信号输出电路

技术领域

本发明公开4-20mA电流信号输出电路，涉及一种高精度的4-20mA电流信号输出电路，属于4-20mA电流输出电子技术领域。

背景技术

目前仪表行业中常用到4-20mA电流输出信号，以实际情况来看大多数电流输出电路精度不高、稳定性差、不能有效抑制噪声、信号驱动能力低、没有光耦隔离，可靠性差，已经不能满足仪器仪表的高质量可靠运行要求。

发明内容

本发明为了克服目前大多数电流输出电路精度不高、稳定性差、不能有效抑制噪声、信号驱动能力低、没有光耦隔离，可靠性差的情况，设计一种4-20mA电流信号输出电路。整个电路以光耦隔离电路、比较器电路、低通滤波电路、电压跟随电路、电流输出电路、保护电路、电源构成，其特征在于：电源给整个电路提供所需的电源；光耦隔离电路由PWM信号、光电耦合器O1、限流电阻R1、电阻R2组成，MCU产生的PWM信号与光电耦合器O1的3脚一个输入端相连，光电耦合器O1的2脚经限流电阻R1接电源+3.3V,这里的电源根据MCU管脚可承受的电压范围而定，光电耦合器O1的8脚接电源VR5V，并且与电阻R2的一个端相连，R2的另一端接到光电耦合器O1的6脚，光电耦合器O1的5脚接到电源VRGND；比较器由限流电阻R3，电阻R4，运算放大器U1A组成，光电耦合器O1的6脚和电阻R2的公共端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端连接运算放大器U1A的4脚，运算放大器U1A的2脚接电阻R4，电阻R4接专用芯片U2的1脚，运算放大器U1A的8脚接到电源VR5V，运算放大器U1A的4脚接电源VRGND，运算放大器U1A的1脚接入低通滤波电路；低通滤波电路由滤波电阻R5，滤波电容C1组成，滤波电阻R5的一端接运算放大器U1A的1脚，另一端接滤波电容C1，滤波电容C1的另一端连接电源VRGND；电压跟随电路由电阻R6和运算放大器U1B组成，电阻R6的一端连接滤波电阻R5，滤波电容C1的公共端，另一端连接运算放大器U1B的5脚，运算放大器U1B的6脚与7脚相连，且7脚接入电流输出电路；电流输出电路由电阻R7、专用芯片U2、三极管Q1、瞬态抑制二极管D1、电容C2组成，电阻R7的一端连接运算放大器U1B的7脚，另外一端连接专用芯片U2的2脚，专用芯片U2的3脚连接电源VRGND，4脚连接瞬态抑制二极管D1的A端，瞬态抑制二极管D1的K端连到电源24V，电容C2与瞬态抑制二极管D1并联，两段分别相连，专用芯片U2的8脚连接VR5V，7脚连接电源24V，6脚连接三极管Q1的基极，5脚接入三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极连到电源24V；保护电路由双二极管D2、D3组成，双二极管D2的A端接到瞬态抑制二极管D1的A端，另一端作为4-20mA的正输出端，双二极管D3的A端作为4-20mA的负输出端，另外一端连接到电源的GND1。

本发明采用上述技术方案的有点是：采用光电耦合器进行光电隔离有效保护了MCU相关电路，利用比较器，低通滤波，电压跟随的技术方法有效的保证了模拟信号的稳定性，降低了信号干扰度，增强了电路的驱动能力，所得到的信号经4-20mA专用芯片得到了高精度、高稳定性的4-20mA的电流信号，再通过输出保护电路的作用，整个电流输出的可靠性得到进一步提到。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

见附图1，本发明是一种4-20mA电流信号输出电路，如图所示，各个元器件型号和参数在图中已经标出，整个电路以光耦隔离电路、比较器电路、低通滤波电路、电压跟随电路、电流输出电路、保护电路、电源构成。电源给整个电路提供所需的电源；光耦隔离电路由PWM信号、光电耦合器O1、限流电阻R1、电阻R2组成，MCU产生的PWM信号与光电耦合器O1的3脚一个输入端相连，光电耦合器O1的2脚经限流电阻R1接电源+3.3V,这里的电源根据MCU管脚可承受的电压范围而定，光电耦合器O1的8脚接电源VR5V，并且与电阻R2的一个端相连，R2的另一端接到光电耦合器O1的6脚，光电耦合器O1的5脚接到电源VRGND；比较器由限流电阻R3，电阻R4，运算放大器U1A组成，光电耦合器O1的6脚和电阻R2的公共端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端连接运算放大器U1A的4脚，运算放大器U1A的2脚接电阻R4，电阻R4接专用芯片U2的1脚，运算放大器U1A的8脚接到电源VR5V，运算放大器U1A的4脚接电源VRGND，运算放大器U1A的1脚接入低通滤波电路；低通滤波电路由滤波电阻R5，滤波电容C1组成，滤波电阻R5的一端接运算放大器U1A的1脚，另一端接滤波电容C1，滤波电容C1的另一端连接电源VRGND；电压跟随电路由电阻R6和运算放大器U1B组成，电阻R6的一端连接滤波电阻R5，滤波电容C1的公共端，另一端连接运算放大器U1B的5脚，运算放大器U1B的6脚与7脚相连，且7脚接入电流输出电路；电流输出电路由电阻R7、专用芯片U2、三极管Q1、瞬态抑制二极管D1、电容C2组成，电阻R7的一端连接运算放大器U1B的7脚，另外一端连接专用芯片U2的2脚，专用芯片U2的3脚连接电源VRGND，4脚连接瞬态抑制二极管D1的A端，瞬态抑制二极管D1的K端连到电源24V，电容C2与瞬态抑制二极管D1并联，两段分别相连，专用芯片U2的8脚连接VR5V，7脚连接电源24V，6脚连接三极管Q1的基极，5脚接入三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极连到电源24V；保护电路由双二极管D2、D3组成，双二极管D2的A端接到瞬态抑制二极管D1的A端，另一端作为4-20mA的正输出端，双二极管D3的A端作为4-20mA的负输出端，另外一端连接到电源的GND1。

见附图1，根据电路工作原理，MCU产生的高精度PWM信号经过光耦隔离得到安全信号，经比较器比较，低通滤波得到干净的直流电压信号，直流电压信号经过电压跟随后稳定性得到进一步的提示，在专用芯片处理后得到高精度稳定的4-20mA信号，再由经过保护电路所起到的泄放作用，整个电路安全性得到提到。

Claims (2)

1.一种4-20mA电流信号输出电路，整个电路以光耦隔离电路、比较器电路、低通滤波电路、电压跟随电路、电流输出电路、保护电路、电源构成。

2.根据权利要求1所述的一种4-20mA电流信号输出电路，其特征在于：电源给整个电路提供所需的电源；光耦隔离电路由PWM信号、光电耦合器O1、限流电阻R1、电阻R2组成，MCU产生的PWM信号与光电耦合器O1的3脚一个输入端相连，光电耦合器O1的2脚经限流电阻R1接电源+3.3V,这里的电源根据MCU管脚可承受的电压范围而定，光电耦合器O1的8脚接电源VR5V，并且与电阻R2的一个端相连，R2的另一端接到光电耦合器O1的6脚，光电耦合器O1的5脚接到电源VRGND；比较器由限流电阻R3，电阻R4，运算放大器U1A组成，光电耦合器O1的6脚和电阻R2的公共端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端连接运算放大器U1A的4脚，运算放大器U1A的2脚接电阻R4，电阻R4接专用芯片U2的1脚，运算放大器U1A的8脚接到电源VR5V，运算放大器U1A的4脚接电源VRGND，运算放大器U1A的1脚接入低通滤波电路；低通滤波电路由滤波电阻R5，滤波电容C1组成，滤波电阻R5的一端接运算放大器U1A的1脚，另一端接滤波电容C1，滤波电容C1的另一端连接电源VRGND；电压跟随电路由电阻R6和运算放大器U1B组成，电阻R6的一端连接滤波电阻R5，滤波电容C1的公共端，另一端连接运算放大器U1B的5脚，运算放大器U1B的6脚与7脚相连，且7脚接入电流输出电路；电流输出电路由电阻R7、专用芯片U2、三极管Q1、瞬态抑制二极管D1、电容C2组成，电阻R7的一端连接运算放大器U1B的7脚，另外一端连接专用芯片U2的2脚，专用芯片U2的3脚连接电源VRGND，4脚连接瞬态抑制二极管D1的A端，瞬态抑制二极管D1的K端连到电源24V，电容C2与瞬态抑制二极管D1并联，两段分别相连，专用芯片U2的8脚连接VR5V，7脚连接电源24V，6脚连接三极管Q1的基极，5脚接入三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极连到电源24V；保护电路由双二极管D2、D3组成，双二极管D2的A端接到瞬态抑制二极管D1的A端，另一端作为4-20mA的正输出端，双二极管D3的A端作为4-20mA的负输出端，另外一端连接到电源的GND1。