CN218957087U - 一种模拟量电压与电流切换输出电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟量电压与电流切换输出电路，其技术特点是：包括输入滤波电路、运算放大电路、输出方式选择模块和驱动输出电路，所述输入滤波电路输入端与MCU模块相连接用于对MCU模块输出信号进行滤波处理，所述运算放大电路与输入滤波电路及输出方式选择模块相连接对输入滤波电路输出信号进行放大并实现模拟量电压或模拟量电流的切换控制功能，所述驱动输出电路与运算放大电路相连接用于将模拟量电压或模拟量输出电流加载到被控对象上。本实用新型实现了模拟量电压及电流的灵活切换输出功能，有效地简化了模拟量电压及电流输出电路结构，具有输出精度高及抗干扰能力强等特点，并且方便产品的批量生产，降低了产品的成本。

Description

一种模拟量电压与电流切换输出电路

技术领域

本实用新型属于仪表控制技术领域，涉及无线局域网，尤其是一种模拟量电压与电流切换输出电路。

背景技术

模拟量输出在工业仪表中得到广泛的应用，例如,用于驱动表头、传输工作状态信息等，其中的频率、电压、电流等都可以用模拟量来代替。通过模拟量电压或电流输出驱动仪表的机械表头，具有连接方便、直观简单、耐用以及适应范围广泛等优点。

现有的模拟量输出电路通常包括两个模拟量输出电路(电压输出电路和电流输出电路)，两个模拟量输出电路之间没有任何联系，由控制器分别控制电压输出电路和电流输出电路分别进行输出，上述模拟量输出电路存在电路结构复杂、成本高等问题。例如，专利文献：选择性输出电压或电流的模拟量输出装置(专利公开号CN208569346U)给出了一种电压及电流模拟量输出电路，其通过为控制单元控制输出通道分别输出模拟量电压信号和模拟量电流信号，输出通道中的电压输出模块和电流输出模块为独立的两个电路，每个输出模块中的器件完全独立，没有任何共用器件，因此该装置中使用的器件较多，存在结构复杂、成本较高等问题。

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，提供一种设计合理、结构紧凑且成本低廉的模拟量电压与电流切换输出电路。

本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种模拟量电压与电流切换输出电路，其特征在于：包括输入滤波电路、运算放大电路、输出方式选择模块和驱动输出电路，所述输入滤波电路输入端与MCU模块相连接用于对MCU模块输出信号进行滤波处理，所述运算放大电路与输入滤波电路及输出方式选择模块相连接对输入滤波电路输出信号进行放大并实现模拟量电压或模拟量电流的切换控制功能，所述驱动输出电路与运算放大电路相连接用于将模拟量电压或模拟量输出电流加载到被控对象上。

进一步，所述电阻R1和电容C1连接构成，所述运算放大电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、运算放大器U1和运算放大器U2构成，所述输出方式选择模块由开关K1和开关K2构成，所述驱动输出电路由电阻R8、运算放大器U3、功率管V1和电阻R9构成，其具体连接关系为：

所述电阻R1与MCU模块相连接，该电阻R1的另一端连接电容C1及运算放大电路的电阻R2的一端，该电容C1的另一端接地；所述电阻R2的另一端与电阻R3的一端、运算放大器U1的正向输入端及开关K2相连接，电阻R3的另一端与开关K1、电阻R4及运算放大器U1的输出端相连接，运算放大器U1的负向输入端接地，开关K2的另一端连接电阻R10，开关K1的另一端连接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R4、电阻R5、电阻R6的另一端连接运算放大器U2的正向输入端和电阻R7，运算放大器U2的负向输入端接地，电阻R7的另一端与运算放大器U2的输出端及驱动输出电路的电阻R8相连接；所述电阻R8的另一端连接运算放大器U3的正向输入端，运算放大器U3的输出端连接功率管V1的栅极，该功率管V1的源极连接Vcc，功率管V1的漏极与运算放大器U3的负向输入端及电阻R9相连接,电阻R9的另一端与电阻R10的另一端共同连接到模拟量输出端AM1。

进一步，所述MCU模块输出信号为0-3.3V的模拟量或高频调制PWM信号；所述驱动输出电路输出电压为0-5V、0-10V或0-30V，所述驱动输出电路输出电流为0-20mA或4-20mA。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型仅使用一个运算放大电路并在输出方式选择模块的配合下，可以灵活地调整模拟量的输出方式，实现了模拟量电压及电流的灵活切换输出功能，有效地简化了模拟量电压及电流输出电路结构，减少了元器件的数量，提高电路的稳定性，具有输出精度高及抗干扰能力强等特点，由于电流与电压的工作电路可以通用，方便产品的批量生产，降低了产品的成本。

2、本实用新型可以通过修改运算放大器的放大比例，调整模拟量输出范围，可以实现0-5V、0-10V、0-30V、0-20mA、4-20mA的输出方式。

3、本实用新型的输入滤波电路为高通滤波，其电路电路简单，输出精度高；并且驱动输出电路的电阻R9无论是在电压输出方式、还是电流方式，短路电流均为U/R9，起到了最大电流保护的作用。

附图说明

图1为本实用新型的电路方框图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。

一种模拟量电压与电流切换输出电路，如图1所示，包括输入滤波电路、运算放大电路、输出方式选择模块和驱动输出电路，所述输入滤波电路输入端与MCU模块相连接，所述输入滤波电路、运算放大电路、驱动输出电路依次连接在一起，输出方式选择模块与运算放大电路相连接，实现输出电压或电流的切换控制功能，所述驱动输出电路输出端与被控对象相连接。所述输入滤波电路对MCU模块输出信号进行滤波处理，滤波后的信号经运算放大电路和驱动输出电路处理后，输出模拟量电压或电流并加载到被控对象上，从而实现模拟量电压与电流切换输出功能。

在本实施例给出的具体电路如图2所示，由输入滤波电路(电阻R1、电容C1)、运算放大电路(电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10、U1、U2)、驱动输出电路(电阻R8、R9、V1、U3)和输出方式选择模块(K1、K2)构成。

所述输入滤波电路为RC滤波器，该RC滤波器由电阻R1和电容C1连接构成，其对MCU输出信号进行滤波处理。其中MCU输出信号为0-3.3V的模拟量，也可以是高频调制PWM信号，MCU输出信号通过VIN端输出至电阻R1,电阻R1的另一端连接电容C1及运算放大电路的R2上，电容C1的另一端接地。MCU模块输出信号经过输入滤波电路后得到连续变化的模拟量。

所述运算放大电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10及运算放大器U1、运算放大器U2构成，实现模拟量信号的放大功能。所述输出方式选择模块由开关K1和开关K2构成，用于选择模拟量输出方式为电流输出模式或者电压输出模式。所述运算放大电路与输出方式选择模块配合实现对模拟量电压或模拟量电流的放大功能。运算放大电路与输出方式选择模块的具体电路为：电阻R2的一端与输入滤波电路的电阻R1及电容C1相连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端、运算放大器U1的正向输入端及开关K2相连接，电阻R3的另一端与开关K1、电阻R4及运算放大器U1的输出端相连接，运算放大器U1的负向输入端接地，开关K2的另一端通过电阻R10连接驱动输出电路输出端AM1，开关K1的另一端连接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R4、电阻R5、电阻R6的另一端连接运算放大器U2的正向输入端和电阻R7，运算放大器U2的负向输入端接地，电阻R7的另一端与运算放大器U2的输出端及驱动输出电路的电阻R8相连接。

所述驱动输出电路由电阻R8、运算放大器U3、功率管V1、电阻R9构成，电阻R8与运算放大电路的运算放大器U2的输出端及电阻R7相连接，电阻R8的另一端连接运算放大器U3的正向输入端，运算放大器U3的输出端连接功率管V1的栅极，该功率管的源极连接Vcc，功率管V1的漏极与运算放大器U3的负向输入端及电阻R9相连接，电阻R9为限制最大电流的电阻，起到输出保护作用，电阻R9的另一端与运算放大电路的R10相连接共同构成模拟量输出端AM1。

本实用新型采用开关K1、开关K2切换电流与电压输出方式：当开关K2断开、开关K1闭合后，输出方式为电压模式。当开关K1断开、开关K2闭合后，输出方式改为电流模式，其具体切换工作过程为：

当需要输出模拟量电压时，输出方式选择模块的开关K2断开且开关K1闭合，运算放大电路中的电阻R2、R3及运算放大器U1组成前级放大，能够提高驱动能力，便于后级放大器调整放大比例，同时与电流型反馈互不干扰。运算放大电路中的电阻R4、R5、R6、R7及运算放大器U2组成了后级放大，电阻R4、R5、R6通过开关K1的闭合与断开可以调整运放输入电阻的大小，来调整输出的电压等级，在此可通过计算确定具体电阻的阻值以匹配外部的电压要求。驱动输出电路(电阻R8、运算放大器U3、功率管V1、电阻R9)组成驱动输出部分，实现模拟量电压输出功能。

当需要输出模拟量电流时，输出方式选择模块的开关K1断开，开关K2闭合，运算放大电路中的电阻R2、R3、R9、运算放大器U1组成前级放大以及反馈回路，在K2闭合后，反馈回路R10接入到电路中，将输出的负载上的压降反馈到输入上，实现了恒流输出，输出电流不会随负载的变化而改变电流输出。由于K1断开，二级放大实际工作的器件为电阻R4、R7、U2，其放大系数为1。驱动输出电路中的电阻R9与VIN的关系决定了输出的最大电流，调整最大输出电流，亦可以改变电阻R9的阻值大小，来改变输出电流。

本实用新型不仅可以灵活切换电压和电流的输出方式，还可以实现0-5V、0-10V、0-30V、0-20mA、4-20mA的输出方式。例如，在电压输出模式下，通过改变运算放大器U2的输入电阻，可以改变其放大倍数，由原来的1：1，改为1：3，由于输入电压为3.3V，因此，可使输出电压升为10V；对于其他输出电压，可通过更换电阻R5、R6来改变输出的电压范围。在电流输出模式下，通过R10检测输出电压，将输出电压反馈给输入，实现调节电流的作用，使输出电流恒定。

在本实用新型中，驱动输出电路中的电阻R9无论是在电压输出方式、还是电流方式，短路电流均为U/R9，起到了最大电流保护的作用。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (3)

1.一种模拟量电压与电流切换输出电路，其特征在于：包括输入滤波电路、运算放大电路、输出方式选择模块和驱动输出电路，所述输入滤波电路输入端与MCU模块相连接用于对MCU模块输出信号进行滤波处理，所述运算放大电路与输入滤波电路及输出方式选择模块相连接对输入滤波电路输出信号进行放大并实现模拟量电压或模拟量电流的切换控制功能，所述驱动输出电路与运算放大电路相连接用于将模拟量电压或模拟量输出电流加载到被控对象上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟量电压与电流切换输出电路，其特征在于：所述电阻R1和电容C1连接构成，所述运算放大电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R10、运算放大器U1和运算放大器U2构成，所述输出方式选择模块由开关K1和开关K2构成，所述驱动输出电路由电阻R8、运算放大器U3、功率管V1和电阻R9构成，其具体连接关系为：

所述电阻R1与MCU模块相连接，该电阻R1的另一端连接电容C1及运算放大电路的电阻R2的一端，该电容C1的另一端接地；所述电阻R2的另一端与电阻R3的一端、运算放大器U1的正向输入端及开关K2相连接，电阻R3的另一端与开关K1、电阻R4及运算放大器U1的输出端相连接，运算放大器U1的负向输入端接地，开关K2的另一端连接电阻R10，开关K1的另一端连接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R4、电阻R5、电阻R6的另一端连接运算放大器U2的正向输入端和电阻R7，运算放大器U2的负向输入端接地，电阻R7的另一端与运算放大器U2的输出端及驱动输出电路的电阻R8相连接；所述电阻R8的另一端连接运算放大器U3的正向输入端，运算放大器U3的输出端连接功率管V1的栅极，该功率管V1的源极连接Vcc，功率管V1的漏极与运算放大器U3的负向输入端及电阻R9相连接,电阻R9的另一端与电阻R10的另一端共同连接到模拟量输出端AM1。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟量电压与电流切换输出电路，其特征在于：所述MCU模块输出信号为0-3.3V的模拟量或高频调制PWM信号；所述驱动输出电路输出电压为0-5V、0-10V或0-30V，所述驱动输出电路输出电流为0-20mA或4-20mA。

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