一种隔离型4-20mA输出电路的制作方法

本技术涉及一种隔离型4-20ma输出电路。

背景技术：

1、电路隔离技术的原理通过隔离器件来切断噪声干扰的路径，从而实现抑制噪声干扰的效果。实际应用包含有模拟电路的隔离(包括变压器隔离，互感器隔离，直流电压隔离等技术)，数字电路的隔离(包括光电隔离器，继电器隔离等隔离技术)，模拟电路和数字电路之间的隔离(数模-模数转换技术)。

2、4-20ma传输技术：4-20ma.dc(1-5v.dc)信号制是国际电工委员会(iec)过程控制系统采用的模拟信号传输标准，我国作为委员会成员之一，也采用了这一国际标准信号制度。4-20ma模拟信号传输技术考虑到工业现场中普遍测量的包括温度、压力、速度、角度等非电类物理量需要转换成模拟量电信号进行长传的需求，利用工业现场噪声电压幅值较大但噪声功率较弱进一步导致噪声电流较为微弱的特点，通过传输模拟量电流信号替代模拟电压信号，保证传输的精度。4-20ma模拟量信号选取4ma作为量程下限，20ma作为量程上限的考虑：不选用0ma而另选4ma作为量程下限首先保证了现场变送器工作所需最小的静态工作电流，其次便于排查断电和断线等常见故障。选用20ma作为量程上限主要考虑到个别现场可能由易燃气体泄露防爆的需求。

3、传统的隔离型电路，无法确保可以实现高精确、低噪声、零点漂移小的稳定输出4-20ma电流信号的功能。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种隔离型4-20ma输出电路，以解决上述背景技术中提出的传统的隔离型电路，无法确保可以实现高精确、低噪声、零点漂移小的稳定输出4-20ma电流信号的功能的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种隔离型4-20ma输出电路，包括mcu系统电路，数据掉电保存电路，与所述mcu系统电路通过光电耦合器连接的数字隔离电路，比较器—运放电压跟随电路，二阶滤波器电路和恒流源输出电路；

3、所述mcu系统电路用于读取掉电保存电路中的数据，根据数据计算pwm波的理论值并输出，输出后的pwm信号在经过数字隔离电路，比较器—运放电压跟随电路，二阶滤波器电路后最终通过恒流源输出电路输出；

4、所述数字隔离电路用来隔离pwm波数字信号；所述比较器—运放电压跟随电路用于提升电路的负载驱动能力；所述二阶滤波器电路用于将不同占空比对应的pwm波转换为等效电压并输出到恒流源输出电路；通过所述恒流源输出电路产生并输出4-20ma电流信号。

5、优选的，所述mcu系统电路包括gd32f103系列的微控制器、为微控制提供基本时钟源信号的8mhz晶体振荡器、看门狗芯片、复位按键。

6、优选的，所述数据掉电保存电路包括i2c通讯电路和e2prom芯片，所述数据掉电保存电路通过i2c协议存储数据到e2prom芯片中，数据包括模拟量量程、校准4-20ma电流信号的系数、pwm-电流正相关直线参数和采样点信息。

7、优选的，所述mcu系统电路通过i2c协议读取所述e2prom芯片中的数据，对数据进行计算后输出对应占空比的pwm波。

8、优选的，所述mcu系统电路通过i2c协议读取所述e2prom芯片内部256byte个数据。

9、优选的，所述数字隔离电路包括光电隔离器，且所述光电隔离器包括红外线发光二极管led和光敏半导体管，所述数字隔离电路用于隔离mcu系统电路与其他数字电路及电平的转换。

10、优选的，所述还包括两个型号为美信max44248的运算放大器，分别用于比较器—运放电压跟随电路和恒流源输出电路。

11、与现有技术相比，本实用新型的优点与好处：

12、本实用新型选用光电隔离器实现数字电路之间的隔离，另外在直流供电系统考虑到控制设备和各元器件设备所需的供电电压不同时，使用dc-dc变换器实现直流电压隔离，该隔离型4-20ma电路，可以实现高精确，低噪声，零点漂移小，且稳定输出4-20ma电流信号的功能。

技术特征：

1.一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：包括mcu系统电路，数据掉电保存电路，与所述mcu系统电路通过光电耦合器连接的数字隔离电路，比较器—运放电压跟随电路，二阶滤波器电路和恒流源输出电路；

2.根据权利要求1所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：所述mcu系统电路包括gd32f103系列的微控制器、为微控制提供基本时钟源信号的8mhz晶体振荡器、看门狗芯片、复位按键。

3.根据权利要求1所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：所述数据掉电保存电路包括i2c通讯电路和e2prom芯片，所述数据掉电保存电路通过i2c协议存储数据到e2prom芯片中，数据包括模拟量量程、校准4-20ma电流信号的系数、pwm-电流正相关直线参数和采样点信息。

4.根据权利要求1所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：所述mcu系统电路通过i2c协议读取e2prom芯片中的数据，对数据进行计算后输出对应占空比的pwm波。

5.根据权利要求4所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：所述mcu系统电路通过i2c协议读取所述e2prom芯片内部256byte个数据。

6.根据权利要求1所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：所述数字隔离电路包括光电隔离器，且所述光电隔离器包括红外线发光二极管led和光敏半导体管，所述数字隔离电路用于隔离mcu系统电路与其他数字电路及电平的转换。

7.根据权利要求1所述的一种隔离型4-20ma输出电路，其特征在于：还包括两个型号为美信max44248的运算放大器，分别用于比较器—运放电压跟随电路和恒流源输出电路。

技术总结
本技术公开了一种隔离型4‑20mA输出电路，包括MCU系统电路，数据掉电保存电路，数字隔离电路，比较器—运放电压跟随电路，二阶滤波器电路和恒流源输出电路，MCU系统电路用于读取掉电保存电路中的数据，根据数据计算PWM波的理论值并输出；数字隔离电路用来隔离PWM波数字信号；比较器—运放电压跟随电路用于提升电路的负载驱动能力；二阶滤波器电路用于将不同占空比对应的PWM波转换为等效电压并输出到恒流源输出电路；通过恒流源输出电路产生并输出4‑20mA电流信号。本技术隔离型4‑20mA电路，可以实现高精确，低噪声，零点漂移小，且稳定输出4‑20mA电流信号的功能。

技术研发人员：秦冬至,顾潮春,赵玲宝,吴琼水,谢兆明
受保护的技术使用者：江苏春潮科技发展有限公司
技术研发日：20221027
技术公布日：2024/1/12