CN204374279U - 一种变送器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变送器电路，包括驱动放大单元；与信号转换单元连接，用于输出高、低电平信号并驱动信号转换单元中的第一开关管；信号转换单元；与驱动放大单元、驱动单元连接，用于将第一开关管输出的方波信号转换成电平信号，并通过运放输出电平信号；驱动单元；与信号转换单元、输出抗扰单元连接，用于接收信号转换单元的电平信号，驱动第二开关管，从而改变第二开关管的导通电阻，改变电路的输出电流；输出抗扰单元；增强电路的抗扰性；反馈单元；与所述信号转换单元、驱动单元连接，用于检测输出电流。本实用新型受工作电压影响小，线性度高；线路抗干扰能力较强。

Description

一种变送器电路

技术领域

本实用新型涉及变送器技术领域，特别是涉及一种变送器电路。

背景技术

电流变送器是一种把被测物理量转换为按线性比例变化输出的电流量的一种转换装置。它被广泛的应用于电力、铁路、石油、市政等领域的电力测量、自动控制以及调度系统。这种电路要求恒流稳定度较高、线性度要好，而且需要具备一定的负载能力和抗干扰能力。在现有的技术中，采用专门的变送器转换芯片成本较高，而一些采用运放实现恒流的电路，在稳定性和线性度上存在着一些不足，如果直接用DA来做驱动能力又不够，即便后级增加驱动电路但因为没有反馈控制其精度也不理想。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种变送器电路，其电路结构简单，成本低；受工作电压影响小，线性度高；线路抗干扰能力较强。

本实用新型采用如下技术方案：变送器电路，其包括驱动放大单元、信号转换单元、驱动单元、输出抗扰单元以及一反馈单元；所述驱动放大单元与信号转换单元连接，用于输出高、低电平信号并驱动信号转换单元中的第一开关管；所述信号转换单元与驱动放大单元、驱动单元连接，用于将第一开关管输出的方波信号转换成电平信号，并通过运放输出电平信号；所述驱动单元与信号转换单元、输出抗扰单元连接，用于接收信号转换单元的电平信号，驱动第二开关管，从而改变第二开关管的导通电阻，改变电路的输出电流；所述输出抗扰单元增强电路的抗扰性；所述反馈单元与所述信号转换单元、驱动单元连接，用于检测输出电流。

优选地，所述驱动放大单元包括第十电阻R10、第八电容C8、第二运算放大器U3、第五电阻R5以及至少一二极管D；所述信号转换单元至少包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1、第二电容C2，还包括第一开关管Q2以及第一运算放大器U1，所述驱动单元包括第七电阻R7、第二开关管Q3，所述输出抗扰单元包括第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1以及第二电感L2；所述第十电阻R10输入端与PWM信号端连接，输出端与第八电容C8以及第二运算放大器U3的正端连接，所述第二运算放大器U3的负端与所述第七电阻R7的输出端连接，所述第二运算放大器U3的输出端与所述第五电阻R5的输入端连接，所述第五电阻R5的输出端与所述第一开关管Q2的栅极连接，所述第一开关管Q2的漏极一路接电源端，另一路与所述第一电阻R1连接，源极与二极管D正端连接，二极管D负端接地；所述第一电阻R1与第二电阻R2串联后与所述第一运算放大器U1的正端连接，所述第一运算放大器U1的负端与第二开关管Q3的源极连接，所述第一电容C1、第二电容C2一端分别与所述第一电阻R1、第二电阻R2连接，另一端分别与所述第二运算放大器U3的负端连接；所述第一运算放大器U1的输出端与所述第七电阻R7的输入端连接，所述第七电阻R7的输出端与所述第二开关管Q3的栅极连接；所述第二开关管Q3的漏极与所述第六电容C6连接后接电源端，所述第六电容C6一端与第一电感L1连接后输出，另一端与第二电感L2连接后输出，所述第七电容C7并联在所述第六电容C6两端；所述第九电阻R9输入端与所述第一开关管Q2的负端连接，输出端与所述第二开关管Q3的源极连接，所述第四电容C4并联在所述第九电阻R9的两端。

对上述技术方案的进一步改进为，所述信号转换单元还包括第三电阻R3与第三电容C3，所述第三电阻R3与所述第二电阻R2串联后与所述第一运算放大器U1的正端连接，所述第三电容C3一端与第三电阻R3连接，另一端与所述第二运算放大器U3的负端连接。

对上述技术方案的进一步改进为，所述输出抗扰单元还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1连接于所述第六电容C6与电源端之间。

优选地，所述驱动放大单元的二极管D包括第二二极管D2以及与其串联的第三二极管D3，所述第二二极管D2的正端与所述第一开关管Q2的源极连接，所述第三二极管D3负端接地。

对上述技术方案的进一步改进为，所述信号转换单元还包括第四电阻R4，其连接于所述第一开关管Q2的漏极与所述电源端之间。

对上述技术方案的进一步改进为，所述信号转换单元还包括一稳压二极管U2，稳压二极管U2负端与所述第一开关管Q2的漏极连接，正端与所述第二运算放大器U3的负端连接。

对上述技术方案的进一步改进为，所述信号转换单元还包括一退耦电容C5，一端与所述第一运算放大器U1连接，另一端接地。

对上述技术方案的进一步改进为，所述所述信号转换单元还包括第八电阻R8，一端与所述第二运算放大器U3的负端连接，另一端与所述第七电阻R7的输出端连接。

本实用新型所述的变送器电路，相比现有技术的有益效果是：

设计了一种变送器电路，可用于改变输出恒流电流，电路结构简单，成本低；信号转换电路中的U2产生稳定的电压，使整个电路受工作电压影响小，线性度高；在电路输出部分增加了抗扰单元，输出滤波电路增强抗扰性；且D1能够防止后级输出对电源的反向干扰，进一步增强电路的抗干扰性。

附图说明

图1为本实用新型实施例变送器电路的电路原理图；

图2为本实用新型实施例变送器电路实际产生的波形图；

图3为本实用新型实施例变送器电路的占空比与输出电流的实测数据（线性度）图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例：

参照图1，本实用新型所述的变送器电路，其包括驱动放大单元、信号转换单元、驱动单元以及输出抗扰单元，还包括一反馈单元；所述驱动放大单元与信号转换单元连接，用于输出高、低电平信号并驱动信号转换单元中的第一开关管；所述信号转换单元与驱动放大单元、驱动单元连接，用于将第一开关管输出的方波信号转换成电平信号，并通过运放输出电平信号；驱动单元与信号转换单元、输出抗扰单元连接，用于接收信号转换单元的电平信号，驱动第二开关管，从而改变第二开关管的导通电阻，改变电路的输出电流；所述输出抗扰单元增强电路的抗扰性。

该电路中，驱动放大单元包括第十电阻R10、第八电容C8、第二运算放大器U3、第五电阻R5以及至少一二极管D，二极管D包括第二二极管D2以及与其串联的第三二极管D3。

信号转换单元包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1、第二电容C2，还包括第一开关管Q2以及第一运算放大器U1，还包括第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4、稳压二极管U2以及一退耦电容C5、一第八电阻R8；

驱动单元包括第七电阻R7与第二开关管Q3，

输出抗扰单元包括第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1、第二电感L2以及第一二极管D1。

反馈单元包括第九电阻R9与第四电容C4。

电路连接方式为：第十电阻R10输入端与PWM信号端连接，输出端与第八电容C8以及第二运算放大器U3的正端连接，第二运算放大器U3的负端与第八电阻R8连接后再与第七电阻R7的输出端连接，第八电容C8接地，形成对PWM信号的RC滤波；第二运算放大器U3的输出端与第五电阻R5的输入端连接，第五电阻R5的输出端与第一开关管Q2的栅极连接，第一开关管Q2的漏极一路通过第四电阻R4接15V的电源正端，另一路与第一电阻R1连接，源极与第二二极管D2正端连接，第二二极管D2负端与第三二极管D3正端，第三二极管D3负端接地。第二二极管D2、第三二极管D3有两个作用，一个是为后级的U1提供偏置电压，一个是为U3提供比较的基准电压。

第一电阻R1与第二电阻R2、第三电阻R3串联后与第一运算放大器U1的正端连接，第一运算放大器U1的负端与第二开关管Q3的源极连接，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3连接，另一端分别与第二运算放大器U3的负端连接；稳压二极管U2负端与第一开关管Q2的漏极或第一电阻R1连接，正端与第二运算放大器U3的负端连接。第九电阻R9输入端与第一开关管Q2的负端连接，输出端与第二开关管Q3的源极连接，第四电容C4并联在第九电阻R9的两端。退耦电容C5与第一运算放大器U1的其中一脚连接后接地。

第一运算放大器U1的输出端与第七电阻R7的输入端连接，第七电阻R7的输出端与第二开关管Q3的栅极连接，第二开关管Q3的漏极与第六电容C6一端连接，第六电容C6另一端与第一二极管D1的负端连接，第一二极管D1的正端接15V的电源正端，第六电容C6一端与第一电感L1连接后输出，另一端与第二电感L2连接后输出，第七电容C7并联在所述第六电容C6的两端。

上述第一开关管Q2、第二开关管Q3均为MOS管。

其中，PWM信号经过RC滤波后经过U3比较放大后驱动MOS管Q2， U2用来消除工作电压波动的影响。R4为限流电阻； R1、R2、R3、C1、C2、C3为级联滤波电路对PWM信号整形，R9、C4构成反馈回路，R8提升动态响应能力，U1根据反馈信号通过驱动电阻R7调整Q3的驱动电压使得输出得到稳定的电流，D1防止后级输出对电源的反向干扰，C6、C7、L1、L2构成输出滤波电路增强抗扰性。

该电路工作原理为： PWM信号经过电阻R10和电容C8组成的低通滤波器变成一个电平信号Ui输入比较器U3的同相输入端，Ui与U3的反向输入端信号1.4V比较，若Ui>1.4V时U3输出信号Ux为高电平，Ui<1.4V时U3输出信号Ux为低电平。所以Ux是增强了驱动能力的信号，经过电阻R5驱动MOS管Q2。

信号转换部分由Q2/U2/R1/R2/R3/C1/C2/C3/U1（上图中框2）等组成。Ux为高电平，MOS管Q2导通，其漏极为低电平。反之，MOS管Q2不导通，其漏极为高电平。U2产生一个稳定的2.5V，用来消除工作电压波动的影响。MOS管Q2漏极的方波信号经过由R1、R2、R3、C1、C2、C3组成的级联滤波电路整形成一个电平信号Ua，输入到运放U1的同相输入端，运放U1的同相端信号与反相端信号比较来输出一个电平信号Uo经过R7驱动MOS端Q3，从而改变MOS管Q3的导通电阻，改变电路的输出电流。

输出抗扰部分由D1/C6/C7/L1/L2（上图中框3）等组成。D1防止后级输出对电源的反向干扰，C6、C7、L1、L2构成输出滤波电路增强抗扰性。

R9/C4构成反馈回路，用来检测输出电流。C5为退耦电容，滤除芯片电源信号的干扰。R8用来增加环路的响应。

环路工作原理如下：

① 改变输出恒流电流（4mA-20mA）原理：

PWM信号占空比增加→MOS管漏级方波信号占空比增加→电平信号Ua上升→运放U1输出信号Uo上升→MOS管导通增加→电流增大。

②恒流原理

负载电阻R_L增加→输出电流减小→R9上的电压减小→运放U1反相输入端电压减小→运放U1输出信号Uo增加→MOS管Q3导通增加→MOS管Q3导通电阻减小→输出电流增加。

图2为在频率200Hz、占空比605情况下，该电路实际产生的波形图，图3为该电路的输出线性度图，可以看出该电路的线性度较之现有技术的变送器高。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种变送器电路，其特征在于：包括驱动放大单元、信号转换单元、驱动单元、输出抗扰单元以及一反馈单元；

所述驱动放大单元与信号转换单元连接，用于输出高、低电平信号并驱动信号转换单元的第一开关管；

所述信号转换单元与驱动放大单元、驱动单元连接，用于将第一开关管输出的方波信号转换成电平信号，并通过运放输出电平信号；

所述驱动单元与信号转换单元、输出抗扰单元连接，用于接收信号转换单元的电平信号，驱动第二开关管，从而改变第二开关管的导通电阻，改变电路的输出电流；

所述输出抗扰单元增强电路的抗扰性；

所述反馈单元与所述信号转换单元、驱动单元连接，用于检测输出电流。

2.根据权利要求1所述的变送器电路，其特征在于：所述驱动放大单元包括第十电阻R10、第八电容C8、第二运算放大器U3、第五电阻R5以及至少一二极管D；所述信号转换单元至少包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电容C1、第二电容C2，还包括第一开关管Q2以及第一运算放大器U1，所述驱动单元包括第七电阻R7、第二开关管Q3，所述输出抗扰单元包括第六电容C6、第七电容C7、第一电感L1以及第二电感L2；所述反馈单元包括第九电阻R9、第四电容C4；

所述第十电阻R10输入端与PWM信号端连接，输出端与第八电容C8以及第二运算放大器U3的正端连接，所述第二运算放大器U3的负端与所述第七电阻R7的输出端连接，所述第二运算放大器U3的输出端与所述第五电阻R5的输入端连接，所述第五电阻R5的输出端与所述第一开关管Q2的栅极连接，所述第一开关管Q2的漏极一路接电源端，另一路与所述第一电阻R1连接，源极与二极管D正端连接，二极管D负端接地；所述第一电阻R1与第二电阻R2串联后与所述第一运算放大器U1的正端连接，所述第一运算放大器U1的负端与第二开关管Q3的源极连接，所述第一电容C1、第二电容C2一端分别与所述第一电阻R1、第二电阻R2连接，另一端分别与所述第二运算放大器U3的负端连接；所述第一运算放大器U1的输出端与所述第七电阻R7的输入端连接，所述第七电阻R7的输出端与所述第二开关管Q3的栅极连接；所述第二开关管Q3的漏极与所述第六电容C6连接后接电源端，所述第六电容C6一端与第一电感L1连接后输出，另一端与第二电感L2连接后输出，所述第七电容C7并联在所述第六电容C6两端；所述第九电阻R9输入端与所述第一开关管Q2的负端连接，输出端与所述第二开关管Q3的源极连接，所述第四电容C4并联在所述第九电阻R9的两端。

3.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述信号转换单元还包括第三电阻R3与第三电容C3，所述第三电阻R3与所述第二电阻R2串联后与所述第一运算放大器U1的正端连接，所述第三电容C3一端与第三电阻R3连接，另一端与所述第二运算放大器U3的负端连接。

4.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述输出抗扰单元还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1连接于所述第六电容C6与电源端之间。

5.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述驱动放大单元的二极管D包括第二二极管D2以及与其串联的第三二极管D3，所述第二二极管D2的正端与所述第一开关管Q2的源极连接，所述第三二极管D3负端接地。

6.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述信号转换单元还包括第四电阻R4，其连接于所述第一开关管Q2的漏极与所述电源端之间。

7.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述信号转换单元还包括一稳压二极管U2，稳压二极管U2负端与所述第一开关管Q2的漏极连接，正端与所述第二运算放大器U3的负端连接。

8.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述信号转换单元还包括一退耦电容C5，一端与所述第一运算放大器U1连接，另一端接地。

9.根据权利要求2所述的变送器电路，其特征在于：所述所述信号转换单元还包括第八电阻R8，一端与所述第二运算放大器U3的负端连接，另一端与所述第七电阻R7的输出端连接。