一种4-20mA电流环控制PWM输出电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及通信信号转换领域，其公开了一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，以克服对4-20mA电流环通信进行I/V转换可靠性不高、抗干扰能力差，而I/F转换电路结构复杂、成本高等弊端。该电路包括三角波发生电路、I/V变换电路及比较器；所述I/V变换电路的输入端与输入电流信号相连；所述三角波发生电路输出信号与I/V变换电路的输出信号分别与比较器输入端相连。本发明适用于接收机前端对电流环信号的转换处理。
【专利说明】一种4-20mA电流环控制PWM输出电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信信号转换领域，具体涉及一种4-20mA电流环控制PWM输出电路。
【背景技术】
[0002] 目前，工业现场存在许多过程控制系统，从简单的流量控制到复杂的电网，从环境 控制系统到炼钢厂过程控制；这些控制系统由很多模块组成如中央处理单元，输入模块，模 拟量输出，数字量输出，电源等等。不同模块之间需要进行数据通信，其中4?20mA电流环 通信因其抗干扰能力强、传输距离远、稳定可靠而被广泛应用。由于接收机不能直接对电流 环信号进行利用，通常需要将电流环信号变换成频率信号或电压信号，即I/F变换、I/V变 换。
[0003] 电流环通信中I/V变换的精度与A/D转换器的精度有关，且电压信号易受干扰，受 整体布板的影响；而I/F变换电路复杂，且需要设计较宽的通频带，对信号的解调、滤波提 出了很高的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：提出一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，以克 服对4-20mA电流环通信进行I/V转换可靠性不高、抗干扰能力差，而I/F转换电路结构复 杂、成本高等弊端。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种4-20mA电流环控制PWM输出电路，包括三角波发生电路、I/V变换电路及比较 器；所述I/V变换电路的输入端与输入电流信号相连；所述三角波发生电路输出信号与I/V 变换电路的输出信号分别与比较器输入端相连。
[0007] 进一步，还包括输出电路，所述比较器输出信号与输出电路相连。
[0008] 具体的，所述三角波发生电路包括第一电阻R416、第二电阻R417、第三电阻R418、 第四电阻R419、第五电阻R420、第六电阻R421、第七电阻R422,第一电容电容C410及第一 运放U401A、第二运放U401B ;电源Vcc经第一电阻R416与第一运放U401A反向输入端相 连；第二电阻R417与第三电阻R418并联后连接到第一运放U401A反向输入端；第一运放 U401A输出端与第七电阻R422相连；第一运放U401A同相输入端经第四电阻R419与第七 电阻R422串联后连接到第一运放U401A输出端；第七电阻R422与第六电阻R421串联后连 接第二运放U401B反向输入端；第二运放U401B反向输入端经第一电容C410与第二运放 U401B输出端相连；第二运放U401B输出端经第五电阻R420连接到第一运放U401A同相输 入端；第二运放U401B同相输入端与第一运放U401A反相输入端相连。
[0009] 具体的，所述I/V变换电路包括第八电阻R409、第九电阻R410、第十电阻R411第 i^一电阻R412、第十二电阻R413、第十三电阻R414、第十四电阻R415,第二电容C408、第三 电容C409及第三运放U401D ;第九电阻R410并联在电流信号输入端口两端；电流输入信号 接口正端经第八电阻R409与第三运放U401D同相输入端相连；电源经第十电阻R411与第 三运放U401D同相输入端相连；第三运放U401D同相输入端经第二电容C408连接到地；第 三运放U401D反相输入端经第十二电阻R413连接到地；电源经第^^一电阻R412与第三运 放U401D反相输入端相连；第三运放U401D输出端经第十三电阻R414与第三运放U401D反 向输入端相连；第三运放U401D输出端连接由第十四电阻R415、第三电容C409组成的滤波 电路。
[0010] 具体的，所述比较器U401C输入端分别连接第二运放U401B输出端及第十四电阻 R415 ;比较器U401C输出端连接由第十五电阻R423及第四电容C411组成的滤波电路。
[0011] 具体的，所述输出电路包括光耦N201，第十六电阻R208、第十七电阻R209,第五电 容C212 ;光耦N201输入端与比较器U401C输出滤波后的信号相连；光耦N201输出端与第 五电容C212并联；光耦N201输出端接第十六电阻R208经第十七电阻R209连接至接收机。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 1.能够将4-20mA电流环信号转换为PWM信号；
[0014] 2.输出PWM信号占空比与输入电流信号大小成线性对应关系；
[0015] 3. PWM频率固定且可调；
[0016] 4. PWM占空比范围可调；
[0017] 5.电路结构简单，精度高；
[0018] 6.可靠性强，可操作性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明4-20mA电流环控制PWM输出电路结构框图；
[0020] 图2为本发明4-20mA电流环控制PWM输出电路实施例结构图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明旨在提出一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，以克服对4-20mA电流环 通信进行I/V转换可靠性不高、抗干扰能力差，而I/F转换电路结构复杂、成本高等弊端。如 图1所示，其包括三角波发生电路、I/V变换电路及比较器；所述I/V变换电路的输入端与 输入电流信号相连；所述三角波发生电路输出信号与I/V变换电路的输出信号分别与比较 器输入端相连。
[0022] 所述I/V变换电路将输入电流信号变为电压信号；所述三角波电路用于产生固定 频率的三角波信号；所述电压信号与三角波信号通过比较器进行比较产生PWM信号；所述 输出电路（可选）可对PWM信号与主电路的光电隔离，提高可靠性。
[0023] 下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：
[0024] 如图2所示，本例中的4_20mA电流环控制PWM输出电路中，
[0025] 所述三角波发生电路包括第一电阻R416、第二电阻R417、第三电阻R418、第四电 阻R419、第五电阻R420、第六电阻R421、第七电阻R422,第一电容电容C410及第一运放 U401A、第二运放U401B ;电源Vcc经第一电阻R416与第一运放U401A反向输入端相连；第二 电阻R417与第三电阻R418并联后连接到第一运放U401A反向输入端；第一运放U401A输 出端与第七电阻R422相连；第一运放U401A同相输入端经第四电阻R419与第七电阻R422 串联后连接到第一运放U401A输出端；第七电阻R422与第六电阻R421串联后连接第二运 放U401B反向输入端；第二运放U401B反向输入端经第一电容C410与第二运放U401B输出 端相连；第二运放U401B输出端经第五电阻R420连接到第一运放U401A同相输入端；第二 运放U401B同相输入端与第一运放U401A反相输入端相连。
[0026] 所述I/V变换电路包括第八电阻R409、第九电阻R410、第十电阻R411第^^一电阻 R412、第十二电阻R413、第十三电阻R414、第十四电阻R415,第二电容C408、第三电容C409 及第三运放U401D ;第九电阻R410并联在电流信号输入端口两端；电流输入信号接口正端 经第八电阻R409与第三运放U401D同相输入端相连；电源经第十电阻R411与第三运放 U401D同相输入端相连；第三运放U401D同相输入端经第二电容C408连接到地；第三运放 U401D反相输入端经第十二电阻R413连接到地；电源经第^^一电阻R412与第三运放U401D 反相输入端相连；第三运放U401D输出端经第十三电阻R414与第三运放U401D反向输入端 相连；第三运放U401D输出端连接由第十四电阻R415、第三电容C409组成的滤波电路。
[0027] 所述比较器U401C输入端分别连接第二运放U401B输出端及第十四电阻R415 ;比 较器U401C输出端连接由第十五电阻R423及第四电容C411组成的滤波电路。
[0028] 所述输出电路包括光耦N201，第十六电阻R208、第十七电阻R209,第五电容C212 ; 光親N201输入端与比较器U401C输出滤波后的信号相连；光親N201输出端与第五电容 C212并联；光耦N201输出端接第十六电阻R208经第十七电阻R209连接至接收机。
[0029] 上述实例电路的工作原理为：
[0030] 当4-20mA电流环信号经过Current Input端口输入，经第九电阻R410变换为 的电压信号Vin，第三运放U401D和第八电阻R409、第十电阻R411、第^^一电阻R412、 第十二电阻R413、第十三电阻R414组成的放大电路将电压信号放大，放大器输出电压
【权利要求】
1. 一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，包括三角波发生电路、I/V变换 电路及比较器；所述I/V变换电路的输入端与输入电流信号相连；所述三角波发生电路输 出信号与I/V变换电路的输出信号分别与比较器输入端相连。
2. 如权利要求1所述的一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，还包括输 出电路，所述比较器输出信号与输出电路相连。
3. 如权利要求2所述的一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，所述三角 波发生电路包括第一电阻（R416)、第二电阻（R417)、第三电阻（R418)、第四电阻（R419)、 第五电阻（R420)、第六电阻（R421)、第七电阻（R422)，第一电容电容（C410)及第一运放 (U401A)、第二运放（U401B);电源（Vcc)经第一电阻（R416)与第一运放（U401A)反向输入 端相连；第二电阻（R417)与第三电阻（R418)并联后连接到第一运放（U401A)反向输入端； 第一运放（U401A)输出端与第七电阻（R422)相连；第一运放（U401A)同相输入端经第四 电阻（R419)与第七电阻（R422)串联后连接到第一运放（U401A)输出端；第七电阻（R422) 与第六电阻（R421)串联后连接第二运放（U401B)反向输入端；第二运放（U401B)反向输入 端经第一电容（C410)与第二运放（U401B)输出端相连；第二运放（U401B)输出端经第五电 阻（R420)连接到第一运放（U401A)同相输入端；第二运放（U401B)同相输入端与第一运放 (U401A)反相输入端相连。
4. 如权利要求3所述的一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，所述1/ V变换电路包括第八电阻（R409)、第九电阻（R410)、第十电阻（R411)第^^一电阻（R412)、 第十二电阻（R413)、第十三电阻（R414)、第十四电阻（R415)，第二电容（C408)、第三电容 (C409)及第三运放（U401D);第九电阻（R410)并联在电流信号输入端口两端；电流输入 信号接口正端经第八电阻（R409)与第三运放（U401D)同相输入端相连；电源经第十电阻 (R411)与第三运放（U401D)同相输入端相连；第三运放（U401D)同相输入端经第二电容 (C408)连接到地；第三运放（U401D)反相输入端经第十二电阻（R413)连接到地；电源经第 i^一电阻（R412)与第三运放（U401D)反相输入端相连；第三运放（U401D)输出端经第十三 电阻（R414)与第三运放（U401D)反向输入端相连；第三运放（U401D)输出端连接由第十四 电阻（R415)、第三电容（C409)组成的滤波电路。
5. 如权利要求4所述的一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，所述比 较器（U401C)输入端分别连接第二运放（U401B)输出端及第十四电阻（R415);比较器 (U401C)输出端连接由第十五电阻（R423)及第四电容（C411)组成的滤波电路。
6. 如权利要求5所述的一种4-20mA电流环控制PWM输出电路，其特征在于，所述输 出电路包括光耦（N201)，第十六电阻（R208)、第十七电阻（R209)，第五电容（C212);光耦 (N201)输入端与比较器（U401C)输出滤波后的信号相连；光親（N201)输出端与第五电容 (C212)并联；光耦（N201)输出端接第十六电阻（R208)经第十七电阻（R209)连接至接收 机。
【文档编号】H03K7/08GK104506172SQ201410697105
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】程浩, 邹雪峰, 刘蔷 申请人:四川长虹欣锐科技有限公司