CN207304520U - 一种vi转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VI转换电路，包括同相输入端与电压信号相连接的运算放大器、VI转换器、串联于运算放大器输出端与VI转换器之间的第一电阻、串联于VI转换器与公共端之间的第二电阻和取样电阻，所述取样电阻并联有一TVS管；所述第二电阻的一端与所述VI转换器相连接，其另一端与所述TVS管的负极相连接，所述TVS管的正极与公共端相连接。本实用新型通过精密VI转换器与TVS管，用于将电压信号转换成标准的4‑20mA电流信号，以对外围设备提供抗干扰能力和安全性高的通用信号。

Description

一种VI转换电路

技术领域

本实用新型涉及VI转换技术领域，特别涉及一种VI转换电路。

背景技术

在工业现场，用一个电压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从而降低信号精度；第三，工业现场中传输信号的提供方和接收方工作电压往往多样，如果事先没有协议好会造成双方信号不匹配，甚至信号输出方的工作电压高于接收方的话很容易造成接收方损坏，这就限制了电压传输信号的灵活性。

为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，可以用电流来传输信号，首先电流对噪声干扰并不敏感，其次接收方可以根据自身的工作电压确定取样电阻，可以大大提高前后设备的匹配度。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。

现有技术方案如图1所示，经演算得：取R1＝R2，则V＝V2-VL。由放大器虚断的特性可得，流过RS的电流即流过取样电阻RL的电流。在确定了V的范围后可通过RS阻值的选择来实现合适的输出电流。但是在工业现场中，电流信号是4-20mA，因而电压信号V的范围也应该是4mA*RS～20mA*RS，即从4mA*RS开始而不是从0开始，这就增加电压信号V的复杂度。由于缺少对V的限制，一旦V失控升高，会导致输出电流大大超过目标值，使VL升得太高，可能损坏电流信号接收方电路。进一步的，由于取样电阻RL位于电流信号接收方，与输出方往往有相当的距离。长距离的连接线容易受到干扰，甚至在复杂的工业环境下受强电干扰，出现高电压大电流的浪涌冲击，可能对电流输出电路造成损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种VI转换电路，通过VI转换器与TVS(Transient Voltage Suppressor)管，用于将电压信号转换成标准的4-20mA电流信号，以对外围设备提供抗干扰能力和安全性高的通用信号。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种VI转换电路，包括同相输入端与电压信号相连接的运算放大器、VI转换器、串联于运算放大器输出端与VI转换器之间的第一电阻、串联于VI转换器与公共端之间的第二电阻和取样电阻，所述取样电阻并联有一TVS管；所述第二电阻的一端与所述VI转换器相连接，其另一端与所述TVS管的负极相连接，所述TVS管的正极与公共端相连接。

优选的，所述VI转换器与公共端之间还串联有第一电容；所述第一电容一端与所述第二电阻的一端相连接，另一端与所述TVS管的正极相连接。

优选的，所述VI转换电路还包括第三电阻；所述第三电阻一端连接于所述第一电阻与所述VI转换器VIN端连接点之间，另一端接地。

优选的，所述VI转换电路还包括第三电阻和第二电容；所述第一电阻与所述VI转换器VIN端连接点通过所述第三电阻和第二电容与公共端相连接。

优选的，所述VI转换器的IS端与VG端之间串联有一三极管；所述三极管与所述第二电阻之间串联有一MOS管。

优选的，所述三级管的发射极与VI转换器的IS端相连接；所述三级管的集电极与VI转换器的VG端相连接；所述三级管的基极与MOS管的源极相连接；所述MOS管的栅极与VG端相连接；所述MOS管的漏极与所述第二电阻的输入端相连接。

优选的，所述三极管的发射极与基极之间串联有第四电阻。

优选的，所述运算放大器为同相放大器。

优选的，所述三极管为PNP型。

优选的，所述MOS管为P沟道MOS管。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本实用新型一种VI转换电路，采用精密VI转换器，转换精度高，配置灵活，转换电压复杂度低，抗干扰能力和安全性高；

2、本实用新型一种VI转换电路，可以根据取样电阻RL灵活选择TVS管；

3、本实用新型一种VI转换电路，所使用的TVS管具有优良的电压钳位特性，可以保证输出端的电压处在一个合理安全的水平；极端情况下，即使输入端失控到一个很高的电压值，由于有TVS管的存在，输出端的电压会被钳位在一定值，即流过取样电阻的电流被限制，此时流过取样电阻的电流被控制在一个相对安全的范围内，从而对电流信号的接收方起到一个保护作用。同时，在长距离传输的、复杂的工业环境中，TVS管可以很好地抑制传输线上的浪涌冲击，从而保护了本电路。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种VI转换电路不局限于实施例。

附图说明

图1为现有技术中的VI转换电路；

图2为本实用新型的一种VI转换电路。

具体实施方式

参见图2所示，本实用新型实施例提供一种VI转换电路，包括：

一种VI转换电路，包括同相输入端与电压信号DA01相连接的运算放大器U103A、VI转换器U104、串联于运算放大器U103A输出端与VI转换器U104之间的第一电阻R120、串联于VI转换器U104与公共端之间的第二电阻R126和取样电阻RL，所述取样电阻RL并联有一TVS管D101；所述第二电阻R126的一端与所述VI转换器U104相连接，其另一端与所述TVS管D101的负极相连接，所述TVS管D101的正极与公共端相连接。本实施例电路能将电压信号转换成标准的4-20mA电流信号，对外围设备提供抗干扰能力和安全性高的通用信号。

进一步的，为了消除低频电压波动，增加稳压效果，所述VI转换器U104与公共端之间还串联有第一电容C113；所述第一电容C113一端与所述第二电阻R126的一端相连，另一端与所述TVS管D101的正极相连接。

进一步的，所述VI转换电路还包括第三电阻R121；所述第三电阻R121一端连接于所述第一电阻R120与所述VI转换器U104VIN端连接点之间，另一端接地。

进一步的，所述VI转换电路还包括第三电阻R121和第二电容C112；所述第一电阻R120与所述VI转换器U104VIN端连接点通过所述第三电阻R121和第二电容C112与公共端相连接。

进一步的，所述运算放大器U103A为同相放大器，其反向输入端直连到其输出端。

进一步的，所述VI转换器U104的型号为XTR111，其引脚描述如表1；

表1

具体的，所述VI转换器U104的IS端与VG端之间串联有一PNP型三极管V101；所述三极管V101与所述第二电阻R126之间串联有一P沟道MOS管V102。

具体的，所述三级管的发射极与VI转换器U104的IS端相连接；所述三级管的集电极与VI转换器U104的VG端相连接；所述三级管的基极与MOS管V102的源极相连接；所述MOS管V102的栅极与VG端相连接；所述MOS管V102的漏极与所述第二电阻R126的输入端相连接。

进一步的，所述三极管V101的发射极与基极之间串联有第四电阻R125。

本实施例电路中中，0-4V的电压信号DAO1经过U103A、R120、R121、R123、R124和U104(XTR111)组成的调制网络调制到0.8V-4V，再进入由U104(XTR111)、R122、R125、C110、C111、C113、V101、V102、R126和D101组成的VI转换网络，最终输出经过取样电阻RL的4-20mA电流信号。

相比于图1的现有技术，本实用新型的关键点在于TVS管D101的应用。该TVS管可以根据取样电阻RL灵活选择，本实施例中，如果RL阻值期望为300Ω，可选用钳位电压6.8V的TVS管；如果RL阻值期望为150Ω，可选用钳位电压3.3V的TVS管；如果RL阻值期望为510Ω，可选用钳位电压12V的TVS管。

由于TVS管优良的电压钳位特性，可以保证AO1+的电压处在一个合理安全的水平。极端情况下，即使DAO1失控到一个很高的电压值，比如8V，那么流过R126的电流就会到达36mA，由于有D101的存在，AO1+的电压会被钳位在6.8V，即流过RL(300Ω)的电流约为22.7mA，多余的13.3mA电流通过D101分流了。此时流过RL的电流被控制在一个相对安全的范围内，从而对电流信号的接收方起到一个保护作用。同时，在长距离传输的、复杂的工业环境中，TVS管可以很好地抑制传输线上的浪涌冲击，从而保护了本电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种VI转换电路，包括同相输入端与电压信号相连接的运算放大器、VI转换器、串联于运算放大器输出端与VI转换器之间的第一电阻、串联于VI转换器与公共端之间的第二电阻和取样电阻，其特征在于：所述取样电阻并联有一TVS管；所述第二电阻的一端与所述VI转换器相连接，其另一端与所述TVS管的负极相连接，所述TVS管的正极与公共端相连接。

2.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述VI转换器与公共端之间还串联有第一电容；所述第一电容一端与所述第二电阻的一端相连接，另一端与所述TVS管的正极相连接。

3.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述VI转换电路还包括第三电阻；所述第三电阻一端连接于所述第一电阻与所述VI转换器VIN端连接点之间，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述VI转换电路还包括第三电阻和第二电容；所述第一电阻与所述VI转换器VIN端连接点通过所述第三电阻和第二电容与公共端相连接。

5.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述VI转换器的IS端与VG端之间串联有一三极管；所述三极管与所述第二电阻之间串联有一MOS管。

6.根据权利要求5所述的VI转换电路，其特征在于：所述三级管的发射极与VI转换器的IS端相连接；所述三级管的集电极与VI转换器的VG端相连接；所述三级管的基极与MOS管的源极相连接；所述MOS管的栅极与VG端相连接；所述MOS管的漏极与所述第二电阻的输入端相连接。

7.根据权利要求6所述的VI转换电路，其特征在于：所述三极管的发射极与基极之间串联有第四电阻。

8.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述运算放大器为同相放大器。

9.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述三极管为PNP型。

10.根据权利要求1所述的VI转换电路，其特征在于：所述MOS管为P沟道MOS管。