CN204215202U - 一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路 - Google Patents
一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，包括单片机模块、基准电压模块和V-I转换模块，单片机模块的IO口输出PWM信号，经过V-I转换模块内的二阶滤波电路，转换成稳定的电压值，再经过V-I转换得到所需的电流值，通过改变PWM信号的占空比来调节输出电流值，基准电压模块为V-I转换模块内V-I转换提供稳定的参考电压。本实用新型的有益效果是：使用很少的元件，占用很小的电路板空间，实现了低成本、高精度的4~20mA电路控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种4~20mA电流信号输出电路，尤其涉及变送器测量的一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路。
背景技术
工业应用中变送器测量的各种非电物理量，如温度、压力、流量、湿度等，都需要将其远距离传输到中控室，这就需转换成符合工业传输标准的电信号，如0~5V、0~20mA或4~20mA，避免在远距离传输过程出现衰减和干扰的问题，其中用的最多的是4~20mA。
现有的4~20mA电流信号实现电路常采用V-I转换电路，即电压-电流转换电路，可分为集成芯片式电流环电路和分立元件式V-I发生电路。集成芯片式电流环电路，采用一颗控制芯片加外围电路构成，此种方式精度较高，但成本较高，而且占用电路板面积较大；分立元件式V-I发生电路精度不高，占用电路板面积小。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，使用较少的元件、较低的成本，达到较好的控制精度。
本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，其特征在于：包括单片机模块、基准电压模块和V-I转换模块，所述单片机模块的IO口输出PWM信号，经过V-I转换模块内的二阶滤波电路，转换成稳定的电压值，再经过V-I转换得到所需的电流值，通过改变PWM信号的占空比来调节输出电流值，基准电压模块为V-I转换模块内V-I转换提供稳定的参考电压。
本实用新型的有益效果是：使用很少的元件，占用很小的电路板空间，实现了低成本、高精度的4~20mA电路控制。
附图说明
图1是本实用新型的电路连接框图；
图2是本实用新型的V-I转换模块电路原理图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型：
如图1所示，一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，包括：单片机模块、基准电压模块和V-I转换模块。
单片机模块通过IO口输出PWM信号，由V-I转换模块将PWM信号转换成电压信号，再将电压信号转换成电流信号，基准电压模块为V-I转换模块提供基准电压，提高控制精度。单片机IO口输出PWM信号，调节PWM信号的占空比，会改变V-I转换模块将PWM信号转换成的电压信号，从而转换成所需的电流信号。
如图2所示， V-I转换模块具体电路连接为，PWM信号通过电阻R1、电阻R2与运算放大器U1的反相输入端连接，电容C1的一端接电阻R2的一端，电容C2的一端接电阻R2的另一端，电容C1、电容C2的另一端接运算放大器U1的接地管脚、电阻R6的一端、三极管Q1的发射极及地，运算放大器U1的同相输入端接电阻R3、电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R6的另一端输出电流值I－，运算放大器U1的输出端通过电阻R5接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极输出电流值I＋，运算放大器U1的正电源管脚接电源Vcc。在PWM输入端，利用由电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2组成的二阶滤波器将PWM信号转换成稳定的电压信号Vin，使用运算放大器U1对Vin进行缓冲，并控制NPN三极管Q1，通过控制三极管Q1的Vbe电压，可将经过负载电阻R6的电流设置为所需的值。
电阻R3和电阻R4的连接点电压为：
VR34=（VR6+Vref）×R4/(R3+R4)-VR6
注：VR6为电阻R6负载电阻两端的电压。
电路稳定后，根据运算放大器的性质：
Vin = VR34
本例取R3=R4：
Vin=（VR6+Vref）/2-VR6=Vref/2- VR6/2
VR6= Vref-2Vin
当Vin=0时，流过最大电流，此时VR6= Vref，最大电流值为Vref/R6。
当Vin=Vref/2时，无电流流过，选择合适的参数就可以实现输出电流值在4~20mA之间。
单片机模块可对外输出16位的PWM信号，可保证电流调节的精度。由于运算放大器输入阻抗非常高，基本不会影响Vin的大小，而且Vref提供稳定的参考电压，能够保证电路输出的稳定性。
根据上述说明，本实用新型仅使用较少的分立元件较低成本就能实现高精度的4~20mA电流输出功能。
4~20mA电流信号是一种常用的工业传输标准电信号。变送器将物理量的测量值转换成4~20mA电流信号，传输到远距离的中控室。
Claims (2)
1.一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，其特征在于：包括单片机模块、基准电压模块和V-I转换模块，所述单片机模块的IO口输出PWM信号，经过V-I转换模块内的二阶滤波电路，转换成稳定的电压值，再经过V-I转换得到所需的电流值，通过改变PWM信号的占空比来调节输出电流值，基准电压模块为V-I转换模块内V-I转换提供稳定的参考电压。
2.根据权利要求1所述的一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路，其特征在于：所述V-I转换模块具体电路连接为，PWM信号通过电阻R1、电阻R2与运算放大器U1的反相输入端连接，电容C1的一端接电阻R2的一端，电容C2的一端接电阻R2的另一端，电容C1、电容C2的另一端接运算放大器U1的接地管脚、电阻R6的一端、三极管Q1的发射极及地，运算放大器U1的同相输入端接电阻R3、电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R6的另一端输出电流值I－，运算放大器U1的输出端通过电阻R5接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极输出电流值I＋，运算放大器U1的正电源管脚接电源Vcc。
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| CN201420691022.2U CN204215202U (zh) | 2014-11-18 | 2014-11-18 | 一种低成本、高精度4~20mA电流信号输出电路 |
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| CN (1) | CN204215202U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108227806A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 三英精控（天津）仪器设备有限公司 | 一种新型vi变换输出电路 |
| CN109683650A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-26 | 大禹电气科技股份有限公司 | 电压转4-20mA电流的电路 |
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2014
- 2014-11-18 CN CN201420691022.2U patent/CN204215202U/zh active Active
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