一种PWM输出控制的4-20MA恒流输出变送模块的制作方法

本技术涉及称重仪表，具体涉及一种pwm输出控制的4-20ma恒流输出变送模块。

背景技术：

1、定量称重问题在工业生产过程中应用十分广泛，如化工的配料过程、食品的包装过程、水泥的配料包装过程等等。称重仪表通过称重传感器来进行称重，称重传感器是用于计量重量的一种原件。在计量过程中，称重传感器通过改变自身内部特性参数，并将特性参数传输至控制系统，然后控制系统根据输出参数值计算出称量重量，从而达到重量计量的目的。称重传感器测得的信号，多数情况下是数字量，因此，将数字量转换成模拟量的数模转换器是精密称重仪表的一个重要组成部分。然而，数模转换器的存在使得称重仪表尺寸加大，无法满足越来越高的仪表小型化需求。另外，传统的称重仪表内部需多电源供电，这在一定程度上也增大了称重仪表尺寸大小。

2、近年来，随着电子和传感器技术的发展，各种智能变送器已得到广泛应用。变送器是将感受的物理量、化学量等信息按一定规律转换成便于测量和传输的标准化信号的装置，是单元组合仪表的组成部分。

技术实现思路

1、本实用新型主要是为了解决传统的称重仪表中需要增设数模转换器和多电源供电而导致仪表尺寸大的问题，提供了一种pwm输出控制的4-20ma恒流输出变送模块，自带升压单元，将常规dc5v升压为dc15v，为后续的比较器供电，解决了需多电源供电问题；直接通过输出不同占空比的pwm波，调节4-20ma恒定电流输出，无需数模转换器，减小尺寸以适应仪表小型化需求，同时提高电路的抗干扰能力和带载能力。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。

3、一种pwm输出控制的4-20ma恒流输出变送模块，包括升压单元，所述升压单元的输出端连接至比较器控制单元的供电端，所述比较器控制单元的输入端连接至pwm输入和滤波单元的输出端，所述pwm输入和滤波单元的输入端输入外部单片机控制输出的不同占空比的pwm信号，所述比较器控制单元的输出端连接至电流输出控制单元的输入端，所述电流输出控制单元的输出端输出4-20ma恒定电流。本实用新型提供了一种pwm输出控制的4-20ma恒流输出变送模块，包括升压单元、pwm输入和滤波单元、比较器控制单元和电流输出控制单元，升压单元用于将常规dc5v升压为dc15v，为后续的比较器供电，实现模块内部供电，解决了需多电源供电问题，可与称重传感器电源共电源；pwm输入和滤波单元通过两个rc滤波器将外部单片机控制输出的不同占空比的pwm信号转换成恒定的直流电压信号；通过比较器u1a、n沟道增强型场效应管q2为主构成的比较器控制单元，在比较器u1a中，引入负反馈电路，u+=u-，输出端输出高电平，改变输入直流电压信号幅值，进而改变n沟道增强型场效应管q2栅源电压ugs，打开n沟道增强型场效应管q2，控制漏极电流id，改变流过电阻r6的电流，同一串联电路，电流相同，阻值r6=r3，则ur6=ur3，改变比较器u1b正输入端电势，使得u+<u-，比较器u1b输出端输出低电平，p沟道增强型场效应管q1栅源电压ugs<0，p沟道增强型场效应管q1导通，根据负反馈，比较器u1b负输入端电势随之降低，达到u+=u-，电流通过电阻r1，电流i0=ur3/r1，输出对应的电流，实现4-20ma恒定电流输出。与传统的单片机输出数字信号，通过da转换器转换成模拟信号不同，本实用新型直接通过输出不同占空比的pwm波，调节4-20ma恒定电流输出，无需数模转换器，减小尺寸以适应仪表小型化需求，该模块可集成在36mm*31mm封装内，相比传统方案尺寸减小50%；能稳定输出4-20ma恒定电流，提高电路的抗干扰能力，以及提高电路的带载能力。

4、作为优选，所述升压单元包括升压芯片u2，所述升压芯片u2的lx端分别连接二极管d7的正极和电感l1的一端，二极管d7的负极分别连接电容c5的一端、电容c6的一端和电阻r8的一端，电阻r8的另一端连接电阻r9的一端，电容c5的另一端、电容c6的另一端和电阻r9的另一端分别接地；升压芯片u2的gnd端接地；升压芯片u2的fb端连接至电阻r9的一端；升压芯片u2的en端和电感l1的另一端分别连接至升压芯片u2的vcc端，升压芯片u2的vcc端分别连接电容c3的一端和电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接电容c4的一端，电容c3的另一端和电容c4的另一端分别接地，电阻r7的另一端输入dc5v，二极管d7的负极输出dc15v。升压芯片u2型号为tps61040，本实用新型通过tps61040芯片组成的升压电路，将常规dc5v升压为dc 15v，为后续的比较器u1a供电，实现内部供电，解决了现有技术需多电源供电问题，可与称重传感器电源共电源。

5、作为优选，所述pwm输入和滤波单元包括电阻r4，所述电阻r4的一端输入外部单片机控制输出的不同占空比的pwm信号，电阻r4的另一端分别连接电阻r5的一端和电容c1的一端，电阻r5的另一端连接电容c30的一端，电容c1的另一端和电容c30的另一端分别接地，电阻r5的另一端输出恒定的直流电压信号。pwm输入和滤波单元通过两个rc滤波器将外部单片机控制输出的不同占空比的pwm信号转换成恒定的直流电压信号。

6、作为优选，所述比较器控制单元包括比较器u1a，所述比较器u1a的同相输入端连接至电阻r5的另一端，比较器u1a的反相输入端连接电阻r6的一端，比较器u1a的供电电源正端分别连接二极管d7的负极和电容c13的一端，比较器u1a的供电电源负端和电容c13的另一端分别接地，比较器u1a的输出端连接至n沟道增强型场效应管q2的栅极，n沟道增强型场效应管q2的源极连接至电阻r6的一端，电阻r6的另一端接地，n沟道增强型场效应管q2的漏极分别连接至电阻r3的一端和比较器u1b的同相输入端；n沟道增强型场效应管q2的源极还连接二极管d6的正极，二极管d6的负极与n沟道增强型场效应管q2的漏极连接。升压单元输出+15v至比较器u1a的供电电源正端，为其供电。比较器型号为lm258，n沟道增强型场效应管型号为mos-n_2n7002，本实用新型通过比较器u1a、n沟道增强型场效应管q2为主构成的比较器控制单元，在比较器u1a中，引入负反馈电路，u+=u-，输出端输出高电平，改变输入直流电压信号幅值，进而改变n沟道增强型场效应管q2栅源电压ugs，打开n沟道增强型场效应管q2，控制漏极电流id，改变流过电阻r6的电流，同一串联电路，电流相同，阻值r6=r3，则ur6=ur3，改变比较器u1b正输入端电势，使得u+<u-，比较器u1b输出端输出低电平，p沟道增强型场效应管q1栅源电压ugs<0，p沟道增强型场效应管q1导通，根据负反馈，比较器u1b负输入端电势随之降低，达到u+=u-，电流通过电阻r1，电流i0=ur3/r1，输出对应的电流，实现4-20ma恒定电流输出。

7、作为优选，还包括依次串联连接的二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4，二极管d1的正极连接至二极管d7的负极，二极管d4的负极与电阻r3的另一端连接。升压单元输出+15v至二极管d1的正极，为其供电。

8、作为优选，所述电流输出控制单元包括p沟道增强型场效应管q1，p沟道增强型场效应管q1的栅极连接至比较器u1b的输出端，p沟道增强型场效应管q1的源极连接至比较器u1b的反相输入端，p沟道增强型场效应管q1的漏极连接至二极管d5的正极，二极管d5的负极作为电流输出控制单元的输出端；p沟道增强型场效应管q1的漏极还连接二极管d8的正极，二极管d8的负极与p沟道增强型场效应管q1的源极连接。p沟道增强型场效应管q1型号为bss84_pd5。本实用新型预留输出、输入针脚io，可作为小模块通过直插式方法和主控板对接，简单方便。

9、作为优选，二极管d5的负极还连接电容c2的一端，电容c2的另一端接地。

10、作为优选，还包括电阻r1，电阻r1的一端连接至二极管d4的负极，电阻r1的另一端连接至p沟道增强型场效应管q1的源极。

11、作为优选，所述电流输出控制单元的输出端通过两线制与上位机连接。本实用新型运用于称重控制领域，将工控仪表数字量转模拟量，通过两线制与上位机（plc）对接，实现对生产物料配比及控制。

12、因此，本实用新型的优点是：

13、（1）升压单元将常规dc5v升压为dc15v，为后续的比较器供电，实现模块内部供电，解决了需多电源供电问题，可与称重传感器电源共电源；

14、（2）与传统的单片机输出数字信号，通过da转换器转换成模拟信号不同，本实用新型直接通过输出不同占空比的pwm波，调节4-20ma恒定电流输出，无需数模转换器；

15、（3）减小尺寸以适应仪表小型化需求，该模块可集成在36mm*31mm封装内，相比传统方案尺寸减小50%；

16、（4）能稳定输出4-20ma恒定电流，提高电路的抗干扰能力，提高电路的带载能力；

17、（5）预留输出、输入针脚，可作为小模块通过直插式方法和主控板对接，简单方便。