一种PWM隔离控制输出4-20mA电路[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 212305301 U(45)授权公告日 2021.01.05

(21)申请号 2020207458.6(22)申请日 2020.05.08

(73)专利权人 大连东软信息学院

地址 116000 辽宁省大连市甘井子区软件

园路8号(72)发明人 周国顺　

(74)专利代理机构 大连至诚专利代理事务所

(特殊普通合伙) 21242

代理人 杨威　杨爽(51)Int.Cl.

H03K 19/14(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

()实用新型名称

一种PWM隔离控制输出4-20mA电路(57)摘要

本实用新型提供一种PWM隔离控制输出4‑20mA电路，包括：PWM信号隔离电路、标准化调理电路、变送输出电路；所述PWM信号隔离电路输出端与所述标准化调理电路输入端相连，所述标准化调理电路输出端与所述变送输出电路输入端相连；所述PWM信号隔离电路包括：电阻R1和高速光耦U1；所述标准化调理电路包括：单刀双掷模拟开关U2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4和电阻R5；本实用新型通过高速光耦实现光耦隔离，使发射信号端与电路互不干扰，防止信号失真，并通过所述标准化调理电路将信号进行标准化还原，实现高精度电流信号变送输出，使其更具有实用性。

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权　利　要　求　书

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1.一种PWM隔离控制输出4-20mA电路，其特征在于，包括：PWM信号隔离电路、标准化调理电路、变送输出电路；

所述PWM信号隔离电路输出端与所述标准化调理电路输入端相连，所述标准化调理电路输出端与所述变送输出电路输入端相连；

所述PWM信号隔离电路包括：电阻R1和高速光耦U1；所述标准化调理电路包括：单刀双掷模拟开关U2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

所述电阻R1与所述高速光耦U1的发射端相连，所述高速光耦U1的接收端分别与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和引脚VCC相连；所述电容C3和电容C4并联，单刀双掷模拟开关U2的引脚B2与所述电容C3和电容C4的连接点a相连，单刀双掷模拟开关U2的引脚B1、GND均与所述电容C3和电容C4的连接点b相连并接地；所述电阻R5连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚A和所述电阻R3一端之间，所述电阻R3另一端与所述变送输出电路输入端相连；所述电阻R4连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和接地点之间；所述电容C5连接于所述电阻R3和电阻R4的连接点和接地点之间。

2.根据权利要求1所述的PWM隔离控制输出4-20mA电路，其特征在于，所述变送输出电路包括：电流环变送器芯片U3和三极管Q1；

所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚VCC相连；引脚VREF与所述连接点a相连；引脚IIN与所述电阻R3另一端相连；引脚IRET接地；引脚V+与所述三极管Q1的集电极相连；引脚B与所述三极管Q1的基极相连；引脚E与所述三极管Q1的发射极相连；引脚IO为电流输出引脚。

3.根据权利要求2所述的PWM隔离控制输出4-20mA电路，其特征在于，还包括：电容C6和电容C7；

所述电容C6和电容C7并联，所述电容C6和电容C7的一个连接点与所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG相连，另一连接点接地。

4.根据权利要求3所述的PWM隔离控制输出4-20mA电路，其特征在于，还包括：双向TVS管D1和双向TVS管D2；

所述双向TVS管D1连接于所述三极管Q1的集电极和所述电流环变送器芯片U3的引脚IO之间；所述双向TVS管D2连接于所述电流环变送器芯片U3的引脚IO和接地点之间。

5.根据权利要求4所述的PWM隔离控制输出4-20mA电路，其特征在于，还包括：电容C1和电容C2；

所述电容C1与所述双向TVS管D1并联，所述电容C2与所述双向TVS管D2并联。

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一种PWM隔离控制输出4-20mA电路

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技术领域

[0001]本实用新型涉及信号处理领域，尤其涉及一种PWM隔离控制输出4-20mA 电路。背景技术

[0002]在工业应用中普遍需要测量温度、压力、流量、液位等物理量，通常需要把这些非电量转换成标准模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。工业上最广泛采用的标准模拟量电信号是用4～20mA直流电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰，并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。目前的4-20mA模拟量变送电路大都是没有电气隔离，或者电气隔离电路结构却比较复杂，变送精度不够高，抗干扰性差，安全性差，使得电气隔离后的PWM 信号波形失真，应用不可靠。实用新型内容

[0003]本实用新型提供一种PWM隔离控制输出4-20mA电路，以克服上述技术问题。[0004]本实用新型提供一种PWM隔离控制输出4-20mA电路，包括：PWM信号隔离电路、标准化调理电路、变送输出电路；

[0005]所述PWM信号隔离电路输出端与所述标准化调理电路输入端相连，所述标准化调理电路输出端与所述变送输出电路输入端相连；[0006]所述PWM信号隔离电路包括：电阻R1和高速光耦U1；[0007]所述标准化调理电路包括：单刀双掷模拟开关U2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

[0008]所述电阻R1与所述高速光耦U1的发射端相连，所述高速光耦U1的接收端分别与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和引脚VCC相连；所述电容C3和电容C4并联，单刀双掷模拟开关U2的引脚B2与所述电容C3和电容C4的连接点a 相连，单刀双掷模拟开关U2的引脚B1、GND均与所述电容C3和电容C4的连接点b相连并接地；所述电阻R5连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚A和所述电阻R3一端之间，所述电阻R3另一端与所述变送输出电路输入端相连；所述电阻R4连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和接地点之间；所述电容 C5连接于所述电阻R3和电阻R4的连接点和接地点之间。[0009]进一步地，所述变送输出电路包括：电流环变送器芯片U3和三极管Q1；

[0010]所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚VCC相连；引脚VREF与所述连接点a相连；引脚IIN与所述电阻R3另一端相连；引脚IRET接地；引脚V+与所述三极管Q1的集电极相连；引脚B与所述三极管Q1的基极相连；引脚E与所述三极管Q1的发射极相连；引脚IO为电流输出引脚。[0011]进一步地，还包括：电容C6和电容C7；[0012]所述电容C6和电容C7并联，所述电容C6和电容C7的一个连接点与所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG相连，另一连接点接地。

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进一步地，还包括：双向TVS管D1和双向TVS管D2；

[0014]所述双向TVS管D1连接于所述三极管Q1的集电极和所述电流环变送器芯片U3的引脚IO之间；所述双向TVS管D2连接于所述电流环变送器芯片U3的引脚IO和接地点之间。[0015]进一步地，还包括：电容C1和电容C2；[0016]所述电容C1与所述双向TVS管D1并联，所述电容C2与所述双向TVS管 D2并联。[0017]本实用新型通过设置高速光耦来实现光耦隔离，使发射信号端与电路互不干扰，防止信号失真，并通过设置所述标准化调理电路将信号进行标准化还原，实现高精度电流信号变送输出，使其更具有实用性。附图说明

[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0019]图1为本实用新型整体电路结构示意图；

具体实施方式

[0020]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0021]本实用新型提供一种PWM隔离控制输出4-20mA电路，如图1所示，本实用新型整体电路结构示意图，包括：PWM信号隔离电路、标准化调理电路和变送输出电路；[0022]所述PWM信号隔离电路输出端与所述标准化调理电路输入端相连，所述标准化调理电路输出端与所述变送输出电路输入端相连；[0023]所述PWM信号隔离电路包括：电阻R1和高速光耦U1；[0024]所述标准化调理电路包括：单刀双掷模拟开关U2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

[0025]所述电阻R1与所述高速光耦U1的发射端相连，所述高速光耦U1的接收端分别与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和引脚VCC相连；所述电容C3和电容C4并联，单刀双掷模拟开关U2的引脚B2与所述电容C3和电容C4的连接点a 相连，单刀双掷模拟开关U2的引脚B1、GND均与所述电容C3和电容C4的连接点b相连并接地；所述电阻R5连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚A和所述电阻R3一端之间，所述电阻R3另一端与所述变送输出电路输入端相连；所述电阻R4连接于所述单刀双掷模拟开关U2的引脚S和接地点之间；所述电容 C5连接于所述电阻R3和电阻R4的连接点和接地点之间。[0026]具体而言，现场的PWM信号经过所述PWM信号隔离电路进行光耦隔离后，会导致PWM信号失真，通过所述标准化调理电路进行标准化还原处理，即通过单刀双掷模拟开关U2进行还原，单刀双掷模拟开关U2的型号优选为 74LVC1G3157，所述电容C3的参数为10μF/16V,

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所述电容C4的参数为0.1 μF/25V；隔离后PWM信号作为模拟开关的选择信号，高电平选电源基准2.5V、低电平选电源地0V，模拟开关的输出端就会产生0、2.5V的标准化PWM信号，由此可以保证PWM信号的高精度；4-20mA变送输出电路将标准化PWM信号转化为4-20mA电流环信号。

[0027]进一步地，所述变送输出电路包括：电流环变送器芯片U3和三极管Q1；

[0028]所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG与所述单刀双掷模拟开关U2的引脚VCC相连；引脚VREF与所述连接点a相连；引脚IIN与所述电阻R3另一端相连；引脚IRET接地；引脚V+与所述三极管Q1的集电极相连；引脚B与所述三极管Q1的基极相连；引脚E与所述三极管Q1的发射极相连；引脚IO为电流输出引脚。[0029]具体而言，所述电流环变送器芯片U3优选为XTR115U，其将接收的经标准化的信号进行变送输出，并通过所述三极管Q1进行放大处理。[0030]进一步地，还包括：电容C6和电容C7；[0031]所述电容C6和电容C7并联，所述电容C6和电容C7的一个连接点与所述电流环变送器芯片U3的引脚VREG相连，另一连接点接地。所述电容C6和电容C7组成去耦电容，对经过单刀双掷模拟开关U2处理的信号进一步去耦。[0032]进一步地，还包括：双向TVS管D1和双向TVS管D2；

[0033]所述双向TVS管D1连接于所述三极管Q1的集电极和所述电流环变送器芯片U3的引脚IO之间；所述双向TVS管D2连接于所述电流环变送器芯片U3的引脚IO和接地点之间。双向TVS管D1和双向TVS管D2组成TVS瞬态抑制电路，实现对尖峰干扰电压的吸收[0034]进一步地，还包括：电容C1和电容C2；[0035]所述电容C1与所述双向TVS管D1并联，所述电容C2与所述双向TVS管 D2并联。电容C1和电容C2的设置抑制了对远端信号的差模干扰。[0036]与现有技术相比，电路整体结构及控制方式简单，变送精度高，易于集成到工业控制器的电路当中，并且电气隔离后的PWM信号经标准化处理后波形不失真而且精度高，并采用输出瞬态抑制保护，所以电路安全性高，抗干扰性强。[0037]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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图1

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