CN107733226B - 二线制叠层电源以及具有该二线制叠层电源的变送器 - Google Patents

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Abstract

二线制叠层电源以及具有该二线制叠层电源的变送器，二线制叠层电源可通过同一输入端元输出两个相互叠加的电源，从而控制变送器中的传感检测单元和功能控制单元分别工作，从而达到了变送器对电源的合理利用，有效的降低了变送器的功率消耗。

Description

二线制叠层电源以及具有该二线制叠层电源的变送器
技术领域
本发明涉及变送器，特别涉及二线制叠层电源以及具有该二线制叠层电源的变送器。
背景技术
变送器是将感受的物理量、化学量等信息按一定规律转换成便于测量和传输的标准化信号的装置，是单元组合仪表的组成部分。而变送器根据所需电源数量大致可分为单输入式变送器以及多输入式变送器。由于随着科学技术的不断发展，变送器内部不仅设置有用于检测的传感检测单元，还设置有用于控制传感检测单元并与变送器外部控制元件连接的控制功能控制单元，并且变送器的供电功率已经标准化，大多变送器的电源输入均控制在4-20mA。但是，传感检测单元以及功能控制单元所需的电源电压信号大多不同，如果将传感检测单元与功能控制单元统一接入同一输入电源，则可能由于传感检测单元的接入导致输入电源的功率超出标准，即4-20mA的电流输入不能满足变送器的需求。但是如果接入多路电源又会造成变送器接线方式变复杂，不利于变送器的接线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二线制叠层电源，该二线制叠层电源可实现通过同一电源输入，输出电压值不同的多路电源，以满足不同用电单元的用电需求。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
二线制叠层电源，包括：
电源输入模块，包括耦接外部电源的正向电源输入端和反向电源输入端；
稳压输出模块，耦接正向电源输入端和反向电源输入端，并输出第一恒压电源；
稳压升压模块，耦接电源输入模块和稳压输出模块，并输出第二恒压电源，所述第二恒压电源的低电位点与第一恒压电源的高电位点位于同一电位。
通过采用上述技术方案，当需要使用该二线制叠层电源时，首先通过电源输入模块连接外部电源，稳压输出模块的设置可实现输出一电压值稳定的第一恒压电路，以供用电单元使用，如果还有另外的用电单元的需求电源与第一恒压电源的电压值不同时，可通过稳压升压模块输出第二恒压电源，以满足另外的用电单元的电源需求。由于第二恒压电源的低电位点与第一恒压电源的高电位点位于同一电位，使得该二线制叠层电源还可输出电压值为第一恒压电源与第二恒压电源之和的电源信号，进一步的增加了该二线制叠层电源输出的电源信号的种类，从而满足了不同种类的用电单元对电源的需求。
作为本发明的改进，所述稳压升压模块包括：
恒流输出单元，耦接电源输入模块的正向电源输入端，用于输出一恒流电源信号；
升压单元，串接于恒流输出单元和稳压输出模块之间，用于接收恒流电源信号，并在接收到恒流电源信号时输出所述第二恒压电源。
通过采用上述技术方案，恒流输出单元的设置实现了恒流电源信号的输出，从而在一定程度上保证了第二恒压电源的功率输出，升压单元的设置可以实现对第二恒压电源的电压值的定值输出。
作为本发明的改进，所述恒流输出单元包括型号为LM234的可调恒流源。
通过采用上述技术方案，型号为LM234的可调恒流源的动态电压范围为1-40V，电流调节仅需要利用一个外部电阻，电流精度为±3%，属于伏电流源，在一定程度上增加了恒流输出单元输出电流的稳定性和精确性。
作为本发明的改进，所述升压单元包括稳压二极管，所述稳压二极管两端分别耦接恒流输出单元的输出端以及稳压输出模的高电位输出端。
通过采用上述技术方案，当恒流输出单元输出的恒流电源信号流经稳压二极管时，可通过稳压二极管输出电压值稳定的第二恒压电源。
本发明的另一目的在于提供一种变送器，该变送器可实现稳定的在一路电源下工作。
发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种变送器，包括上述二线制叠层电源，还包括：
传感检测单元，连接第二恒压电源，用于检测变送器的外部物理变量，并输出一传感信号；
功能控制单元，连接第一恒压电源，耦接传感检测单元，用于接收传感信号，并在接收到传感信号时将传感信号传输到与变送器连接的外部设备。
通过采用上述技术方案，第一恒压电源可提供变送器中的功能控制单元的电能消耗，第二恒压电源可提供传感检测单元的电能消耗，从而实现了变送器中的传感检测单元和功能控制单元均处于不同的电源电压下工作，从而在一定程度上合理的利用了电源，保证了变送器可稳定的在一路电源下工作。
作为本发明的改进，所述传感检测单元设置为桥阻型传感器。
通过采用上述技术方案，桥阻型传感器作为一种常见的传感检测方式，在一定程度上降低了该变送器的生产成本。
作为本发明的改进，所述稳压输出模块包括型号为AD421的电流环输出式数模转换器。
通过采用上述技术方案，电流环输出式数模转换器不但可以实现输出电压值稳定的第一恒流电源，同时，还可以实现与功能控制单元的数字通讯，从而控制输入电源的电流大小在预设的范围内。
作为本发明的改进，所述传感检测单元与功能控制单元之间串接有放大单元，所述传感信号经过放大单元的放大作用后传输到功能控制单元。
通过采用上述技术方案，由于传感检测单元输出的信号均为微小变量，通过放大单元，可实现对传感检测单元输出信号的放大，以便于功能信号采集和处理传感信号。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、功率消耗低，通过将同一电源拆分成多种重叠式电源，使得变送器中对电源要求不同的单元均可以连接适应的电源，在一定程度上保证了电源的利用效率，从而节约了能源；
二、工作稳定，不论是 可调恒流源，还是稳压二极管或电流环输出式数模转换器，均保证了电源信号的稳定，从而保证了变送器的稳定工作。
附图说明
图1是二线制叠层电源系统图；
图2是二线制叠层电源的电路图；
图3是变送器内部电路原理图。
图中，1、电源输入模块；2、稳压输出模块；3、稳压升压模块；31、恒流输出单元；32、升压单元；4、传感检测单元；5、放大单元；6、功能控制单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
二线制叠层电源，如图1和图2所示，包括：
电源输入模块1，包括耦接外部电源的正向电源输入端和反向电源输入端；
稳压输出模块2，耦接正向电源输入端和反向电源输入端，并输出第一恒压电源。稳压输出模块2包括型号为AD421的电流环输出式数模转换器U1和N沟道的场效应管T1。其中场效应管T1的漏极耦接上述正向电源输入端，场效应管T1的栅极耦接电流环输出式数模转换器U1的LPRIN端口，场效应管T1的源极与电流环输出式数模转换器的LV端口共同作为上述第一恒压电源的正极输出端。
稳压升压模块3，耦接电源输入模块1和稳压输出模块2，并输出第二恒压电源，所述第二恒压电源的低电位点与第一恒压电源的高电位点位于同一电位。稳压升压模块3包括：
恒流输出单元31，耦接电源输入模块1的正向电源输入端，用于输出一恒流电源信号。恒流输出单元31包括型号为LM234的可调恒流源U2，可调恒流源一端耦接上述正向电源输入端，另一端输出上述恒流电源信号。
升压单元32，设置为稳压二极管D3，稳压二极管D3串接于恒流输出单元31和稳压输出模块2之间，一端耦接可调恒流源U2的输出端，另一端耦接上述场效应管T1的源极。其中，可调恒流源U2与稳压二极管D3之间串接有一发光二极管D2，发光二极管D2与稳压二极管D3耦接的节点作为第二恒压电源的电源正极输出端。
一种变送器，如图3所示，包括上述二线制叠层电源，以及传感检测单元4和功能控制单元6。其中传感检测单元4设置为桥阻型传感器RL，桥阻型传感器RL的一端耦接上述稳压二极管D3与发光二极管D2耦接的节点，另一端耦接上述场效应管T1的源极。桥阻型传感器RL检测到变送器的外部变量时，实时输出一传感信号。
传感检测单元4与功能控制单元6之间串接有一放大单元5，放大单元5设置为运算放大器SC，运算放大器的两个输入端耦接上述桥阻型传感器RL的输出端，用于接收传感信号，并将放大后的传感信号输出到功能控制单元。功能控制单元可包括MCU、存储显示案件、HART等用于控制传感检测单元4与变送器外部元件通讯的电路，功能控制单元串接于场效应管T1的源极与接地端之间。
此外，上述电流环输出式数模转换器U1的LATCH管脚、CLOCK管脚和DATA管脚与功能控制单元之间数字通信，从而达到控制电源输入模块1输入的电源的电流值的目的。通过电流环输出式数模转换器U1实现对输入电源电流控制的方式为现有的成熟技术，在此不再赘述。
通过以上所述内容可知，当需要使用该变送器，第一恒压电源可提供变送器中的功能控制单元6的电能消耗，第二恒压电源可提供传感检测单元4的电能消耗，从而实现了变送器中的传感检测单元4和功能控制单元6均处于不同的电源电压下工作，从而在一定程度上合理的利用了电源，保证了变送器可稳定的在一路电源下工作，降低了变送器的功率消耗。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但均在申请文件的说明范围内。

Claims (6)

1.二线制叠层电源，其特征在于：包括：
电源输入模块(1)，包括耦接外部电源的正向电源输入端和反向电源输入端；
稳压输出模块(2)，耦接正向电源输入端和反向电源输入端，并输出第一恒压电源；
稳压升压模块(3)，耦接电源输入模块(1)和稳压输出模块(2)，并输出第二恒压电源，所述第二恒压电源的低电位点与第一恒压电源的高电位点位于同一电位；
所述稳压升压模块(3)包括：
恒流输出单元(31)，耦接电源输入模块(1)的正向电源输入端，用于输出一恒流电源信号；
升压单元(32)，串接于恒流输出单元(31)输出端和稳压输出模块(2)之间，用于接收恒流电源信号，并在接收到恒流电源信号时输出所述第二恒压电源；
所述升压单元(32)包括稳压二极管，所述稳压二极管两端分别耦接恒流输出单元(31)输出端以及稳压输出模块的高电位输出端。
2.根据权利要求1所述的二线制叠层电源，其特征在于：所述恒流输出单元(31)包括型号为LM234的可调恒流源。
3.一种变送器，其特征在于：包括权利要求1-2任意一项所述的二线制叠层电源，还包括：
传感检测单元(4)，连接第二恒压电源，用于检测变送器的外部物理变量，并输出一传感信号；
功能控制单元(6)，连接第一恒压电源，耦接传感检测单元(4)，用于接收传感信号，并在接收到传感信号时将传感信号传输到与变送器连接的外部设备。
4.根据权利要求3所述的一种变送器，其特征在于：所述传感检测单元(4)设置为桥阻型传感器。
5.根据权利要求3所述的一种变送器，其特征在于：所述稳压输出模块(2)包括型号为AD421的电流环输出式数模转换器。
6.根据权利要求3所述的一种变送器，其特征在于：所述传感检测单元(4)与功能控制单元(6)之间串接有放大单元(5)，所述传感信号经过放大单元(5)的放大作用后传输到功能控制单元(6)。
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