CN207742243U - 一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路 - Google Patents

一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种具备限流储能功能的两线制4‑20mA变送器电路，包括限流储能电路、处理及调理电路和两线制V/I变换电路；所述限流储能电路的输入端接到两线制V/I变换电路的4‑20mA环路正极；所述限流储能电路的输出端连接至处理及调理电路，所述处理及调理电路的供电端，限流储能电路的储能电容参考端接地。本实用新型有效避免了变送器电路(或负载)直接从4‑20mA环路取电引起环路电流输出毛刺。

Description

一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路
技术领域
本实用新型属于电子电路技术领域，涉及一种变送器电路，尤其是一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路。
背景技术
现有技术中，广泛采用4～20mA电流来传输模拟量，两线制变送器的原理是利用了4～20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值，因此一般要求两线制变送器自身耗电(包括传感器在内的全部电路)不大于3.5mA，这是两线制变送器的设计根本原则之一，因此电路的低功耗成为主要的设计难点。
然而，两线制4-20mA变送器电路的低功耗要求给设计带来了诸多限制，尤其当变送器采用数字接口传感器或功能模块，这些传感器或功能模块周期性工作时，导致变送器瞬间耗电超过输出下限值4mA，在变送器输出环路上形成电流毛刺，直接导致输出结果错误。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路，包括限流储能电路、处理及调理电路和两线制V/I变换电路；所述限流储能电路的输入端接到两线制V/I变换电路的4-20mA环路正极；所述限流储能电路的输出端连接至处理及调理电路，所述处理及调理电路的供电端，限流储能电路的储能电容参考端接地。
上述限流储能电路包括限流控制电路以及连接至限流控制电路与V/I变换电路之间的储能元件；所述限流控制电路由电压基准、三极管和电阻构成；所述储能元件为电容器C1，储能元件的电容器C1接在限流控制电路的输出端。
上述限流控制电路包括依次连接形成闭环的两端型电压基准源U1、二极管D1、第一电阻R1、NPN型三极管Q1和第二电阻R2；其中所述NPN型三极管Q1的射极与第二电阻一端连接，NPN型三极管Q1的集级与第一电阻的一端连接，NPN型三极管Q1的基极连接至二极管D1的正极端和第一电阻R1之间；所述二极管D1的负极端连接至两端型电压基准源U1；两端型电压基准源U1与第二电阻R2连接并引出连接至VCC端和电容器C1的正极端；电容器C1的负极端接地和V/I变换电路。
上述处理及调理电路连接有传感器和显示及按键。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路是给两线制4-20mA变送器的负载供电前端增加限流储能电路，限流储能电路在允许的电流水平下从电流环路获取并储存电能，当需要时为变送器电路(或负载)提供瞬间大电流，有效避免了变送器电路(或负载)直接从4-20mA环路取电引起环路电流输出毛刺。
附图说明
图1为本实用新型的应用场景示意图；
图2为应用本实用新型后电流分析示意图；
图3为本实用新型限流控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
本实用新型具体是给两线制4-20mA变送器的负载供电前端增加限流储能电路，限流储能电路在允许的电流水平下从电流环路获取并储存电能，当需要时为变送器电路或负载提供瞬间大电流。
基于以上理论，本实用新型的具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路：如图1，该两线制4-20mA变送器电路包括限流储能电路1.1、处理及调理电路1.2和两线制V/I变换电路1.3；限流储能电路1.1的输入端接到两线制V/I变换电路1.3的4-20mA环路正极；限流储能电路1.1的输出端连接至处理及调理电路1.2，处理及调理电路1.2的供电端，限流储能电路1.1的储能电容参考端接地。处理及调理电路1.2连接有传感器和显示及按键。
参见图3：本实用新型的限流储能电路1.1包括限流控制电路以及连接至限流控制电路与V/I变换电路1.3之间的储能元件；限流控制电路由电压基准、三极管和电阻构成；储能元件为电容器C1，储能元件的电容器C1接在限流控制电路的输出端。限流控制电路包括依次连接形成闭环的两端型电压基准源U1、二极管D1、第一电阻R1、NPN型三极管Q1和第二电阻R2；其中NPN型三极管Q1的射极与第二电阻一端连接，NPN型三极管Q1的集级与第一电阻的一端连接，NPN型三极管Q1的基极连接至二极管D1的正极端和第一电阻R1之间；二极管D1的负极端连接至两端型电压基准源U1；两端型电压基准源U1与第二电阻R2连接并引出连接至VCC端和电容器C1的正极端；电容器C1的负极端接地和V/I变换电路1.3。
综上所述，参考图3，本实用新型电路中，电容C1做储能元件使用：两端型电压基准源U1、二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、NPN型三极管Q1构成限流电路，实现限流功能；V+为电流环供电正极，U1为两端型电压基准源，Q1为NPN型三极管，二极管D1用于补偿三极管Q1由于温度变化引起PN结温漂，第一电阻R1保护电压基准源U1，第二电阻R2与电压基准源U1决定电流I2的大小；
限流电路能提供的电流为：
I＝I1+I2 (一)
I1最大值为：
I1MAX＝IR1–(I2/hFE) (二)
I最大值为：
IMAX＝I1MAX+I2 (三)
其中：
IR1≈(V+-VU1–VD1)/R1；
I2＝VU1/R2；
hFE为三极管Q1放大倍数；
VU1为电压基准源U1稳压电压；
VD1为二极管D1正向压降，取典型值；
V+为环路正极电压。
参见图2：本实用新型对增加限流储能电路后电流分析；IMAX为限流电路最大能提供电流，ILOAD为变送器负载电流，Ib为变送器负载流入两线制4-20mA环路电流，ICH为储能电容充电电流，IDISC为储能电容为负载供电电流；当负载电流需求超过限流电路供电能力时，储能电路向负载提供IDISC大小的电流；当负载电流需求低于限流电路供电能力时，限流电路为变送器负载供电，同时向储能电路以ICH电流充电直到充满。两线制4-20mA回路电流为：
IS＝Ia+Ib (四)
其中：Ia V/I电路自身耗电和信号电流；
Ib变送器负载电流，最大值与IMAX相等。
以上实施案例仅仅表示实施本实用新型的一个事例，而非据此对本实用新型的技术范围进行限定性的解释，在实际使用中可以选择不同电流限定值已满足实际使用要求，凡是依据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路，其特征在于，包括限流储能电路(1.1)、处理及调理电路(1.2)和两线制V/I变换电路(1.3)；所述限流储能电路(1.1)的输入端接到两线制V/I变换电路(1.3)的4-20mA环路正极；所述限流储能电路(1.1)的输出端连接至处理及调理电路(1.2)，所述处理及调理电路(1.2)的供电端，限流储能电路(1.1)的储能电容参考端接地。
2.根据权利要求1所述的具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路，其特征在于，所述限流储能电路(1.1)包括限流控制电路以及连接至限流控制电路与V/I变换电路(1.3)之间的储能元件；所述限流控制电路由电压基准、三极管和电阻构成；所述储能元件为电容器C1，储能元件的电容器C1接在限流控制电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路，其特征在于，所述限流控制电路包括依次连接形成闭环的两端型电压基准源U1、二极管D1、第一电阻R1、NPN型三极管Q1和第二电阻R2；其中所述NPN型三极管Q1的射极与第二电阻一端连接，NPN型三极管Q1的集级与第一电阻的一端连接，NPN型三极管Q1的基极连接至二极管D1的正极端和第一电阻R1之间；所述二极管D1的负极端连接至两端型电压基准源U1；两端型电压基准源U1与第二电阻R2连接并引出连接至VCC端和电容器C1的正极端；电容器C1的负极端接地和V/I变换电路(1.3)。
4.根据权利要求1所述的具备限流储能功能的两线制4-20mA变送器电路，其特征在于，所述处理及调理电路(1.2)连接有传感器和显示及按键。
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