CN216561575U - 电流变送器电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电流变送器电路。其中，该电流变送器电路包括：两线制电流供电模块、电压调整模块、第一压降模块和第二压降模块、比例镜像电流放大模块和负反馈调整模块，其中，两线制电流供电模块的输出端通过第一压降模块分别耦合至比例镜像电流放大模块的同向输入端和供电电路，两线制电流供电模块的输出端还通过第二压降模块耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端，电压调整模块的输出端耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端，比例镜像电流放大模块的输出端耦合至负反馈调整模块的输入端，负反馈调整模块的输出端分别耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端和供电电路。解决电流变送器电路成本高的问题，降低了电流变送器电路的成本。

Description

电流变送器电路

技术领域

本申请涉及通信领域，特别是涉及电流变送器电路。

背景技术

在工业现场，用一个仪表第一放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表第一放大器的工作电压也是个问题。为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。

在相关技术中，为了实现4～20mA的电流的电流变送器，一般是通过电流环变送器驱动芯片将输入的电压转换为电流信号，这种方案是可以实现对4～20mA电流的开发，但是也面临着电流环变送器驱动芯片的价格高，而导致电流变送器电路的成本高的问题。

针对相关技术中存在电流变送器电路的成本高的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

实用新型内容

在本实施例中提供了一种电流变送器电路，以解决相关技术中电流变送器电路的成本高的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种电流变送器电路，包括：两线制电流供电模块、电压调整模块、第一压降模块和第二压降模块、比例镜像电流放大模块和负反馈调整模块，其中，所述两线制电流供电模块的输出端通过所述第一压降模块分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的同向输入端和供电电路，所述两线制电流供电模块的输出端还通过第二压降模块耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述电压调整模块的输出端耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述比例镜像电流放大模块的输出端耦合至所述负反馈调整模块的输入端，所述负反馈调整模块的输出端分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端和所述供电电路；

所述两线制电流供电模块用于输出电流信号，所述电流信号能够使所述第一压降模块生成第一电压，以及能够使所述第二压降模块生成第二电压；

所述电压调整模块用于输出电压调整信号，其中，所述电压调整信号能够将所述第二压降模块生成第二电压调整为第三电压；

所述比例镜像电流放大模块能够输出所述第一电压与所述第三电压的电压差；

所述负反馈调整模块能够根据所述电压差调整所述第一电压，以使得调整后的所述第一电压与所述第三电压相等。

在其中的一些实施例中，所述第一压降模块包括第一电阻，所述第一电阻耦合至所述两线制电流供电模块的输出端和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端之间，以及所述第一电阻还耦合至所述供电电路和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端之间。

在其中的一些实施例中，所述第二压降模块包括第二电阻，所述第二电阻一端耦合至所述两线制电流供电模块的输出端，所述第二电阻的另一端分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端所述电压调整单元的输出端。

在其中的一些实施例中，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同。

在其中的一些实施例中，所述两线制电流供电模块包括：第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元，所述第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元依次连接，所述过桥整流单元的输出端耦合至所述负反馈调整单元的输出端。

在其中的一些实施例中，所述电压调整模块包括：主控单元、数模转换单元、电流源单元，所述主控单元的输出端耦合至所述数模转换单元的输入端，所述数模转换单元的输出端耦合至所述电流源单元的输入端，所述电流源单元的输出端耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端。

在其中的一些实施例中，所述主控单元包括：MCU控制子单元和信号隔离芯片，所述MCU控制子单元耦合至所述信号隔离芯片的输入端，所述信号隔离芯片的输出端耦合至所述数模转换单元的输入端。

在其中的一些实施例中，所述电流源单元包括：第三电阻、第一三极管、第四电阻和电容，所述数模转换单元包括：第一运算放大器，其中，所述第一运算放大器的同向输入端耦合至所述主控单元的输出端，所述第三电阻的一端耦合至所述第一三极管的栅极，所述第三电阻的另一端耦合至所述第一运算放大器的输出端，所述第一三极管的漏极耦合至所述比例镜像电流放大模块的输入端，所述第一三极管源极分别耦合至所述第一运算放大器的反向输入端和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述电容的一端耦合至所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的一端的连接节点，所述电容的另一端耦合至所述第一运算放大器的反向输入端。

在其中的一些实施例中，所述负反馈调整模块包括：第二三极管，所述第二三极管的栅极耦合至所述比例镜像电流放大模块的输出端，所述第二三极管的源极接地，所述第二三极管的漏极分别耦合至所述供电电路和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端。

在其中的一些实施例中，所述比例镜像电流放大模块包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的同向输入端为所述比例镜像电流放大模块的同向输入端，所述第二运算放大器的反向输入端为所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述比例镜像电流放大模块的输出端。

与相关技术相比，在本实施例中提供的电流变送器电路，通过在电流变送器电路中设置两线制电流供电模块、电压调整模块、第一压降模块和第二压降模块、比例镜像电流放大模块和负反馈调整模块，其中，两线制电流供电模块的输出端通过第一压降模块分别耦合至比例镜像电流放大模块的同向输入端和供电电路，两线制电流供电模块的输出端还通过第二压降模块耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端，电压调整模块的输出端耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端，比例镜像电流放大模块的输出端耦合至负反馈调整模块的输入端，负反馈调整模块的输出端分别耦合至比例镜像电流放大模块的反向输入端和供电电路；两线制电流供电模块用于输出电流信号，电流信号能够使第一压降模块生成第一电压，以及能够使第二压降模块生成第二电压；电压调整模块用于输出电压调整信号，其中，电压调整信号能够将第二压降模块生成第二电压调整为第三电压；比例镜像电流放大模块能够输出第一电压与第三电压的电压差；负反馈调整模块能够根据电压差调整第一电压，以使得调整后的第一电压与第三电压相等的方式，解决了相关技术中电流变送器电路的成本高的问题，降低了电流变送器电路的成本。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本实施例的电流变送器电路的结构框图；

图2是本实施例的电流变送器电路的示意图一；

图3是本实施例的电流变送器电路的示意图二。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

在本实施例中提供了一种电流变送器电路，图1是本实施例的电流变送器电路的结构框图，如图1所示，该电流变送器电路包括：两线制电流供电模块10、电压调整模块20、第一压降模块30和第二压降模块40、比例镜像电流放大模块50和负反馈调整模块60，其中，两线制电流供电模块10的输出端通过第一压降模块30分别耦合至比例镜像电流放大模块50的同向输入端和供电电路70，两线制电流供电模块10的输出端还通过第二压降模块40耦合至比例镜像电流放大模块50的反向输入端，电压调整模块20的输出端耦合至比例镜像电流放大模块50的反向输入端，比例镜像电流放大模块50的输出端耦合至负反馈调整模块60的输入端，负反馈调整模块60的输出端分别耦合至比例镜像电流放大模块50的反向输入端和供电电路70，其中；两线制电流供电模块10用于输出电流信号，电流信号能够使第一压降模块30生成第一电压，以及能够使第二压降模块40生成第二电压；电压调整模块20用于输出电压调整信号，其中，电压调整信号能够将第二压降模块40生成第二电压调整为第三电压；比例镜像电流放大模块50能够输出第一电压与第三电压的电压差；负反馈调整模块60能够根据电压差调整第一电压，以使得调整后的第一电压与第三电压相等。

在本实施例中，通过两线制电流供电模块10输出电流信号，并在第一压降模块30上生成第一电压以及在第二压降模块40上生成第二电压，然后通过电压调整模块20输出电压调整信号将第二压降模块40生成第二电压调整为第三电压，再由比例镜像电流放大模块50能够输出第一电压与第三电压的电压差，最后再通过负反馈调整模块60能够根据电压差调整第一电压，以使得调整后的第一电压与第三电压相等，实现了变负载输出，达到了控流的目的，解决了相关技术中电流变送器电路的成本高的问题，降低了电流变送器电路的成本。

在本实施例中，还通过将两线制电流供电模块10与电压调整模块20进行隔离设计的方式，实现了通过外部的两线制电流供电模块10对整个电路的供电，而非电路内部供电，同时，信号的隔离式驱动保证了电流变送器电路的安全性。

图2是本实施例的电流变送器电路的示意图一，如图1和图2所示，在其中的一些实施例中，第一压降模块30包括第一电阻R45，第一电阻R45耦合至两线制电流供电模块10的输出端和比例镜像电流放大模块50的同向输入端之间，以及第一电阻R45还耦合至供电电路70和比例镜像电流放大模块50的同向输入端之间。

在本实施例中，通过设置第一电阻R45，并采集第一电阻R45两端的电压降来实现对第一电压的获取的方式，使其获取到的电压只与第一电阻R45的阻值联系，排除了环境已经其他电路器件的影响，达到了第一电压的采样精度高的效果。

继续参考图2，在其中的一些实施例中，第二压降模块40包括第二电阻R46，第二电阻R46一端耦合至两线制电流供电模块10的输出端，第二电阻R46的另一端分别耦合至比例镜像电流放大模块50的反向输入端电压调整单元的输出端。

在本实施例中，通过设置第二电阻R46，并采集第二电阻R46两端的电压降来实现对第二电压的获取的方式，使其获取到的电压只与第二电阻R46的阻值联系，排除了环境已经其他电路器件的影响，达到了第二电压的采样精度高的效果。

在其中的一些实施例中，第一电阻R45与第二电阻R46的阻值相同。

在本实施例中，通过将第一电阻R45与第二电阻R46的阻值设置成相同的电阻的方式，以便于调整第一电阻R45和第二电阻R46的电流精度，进而达到提高整个电流变送器电路的电流精度的技术效果。

通过上述实施例，通过对第一电阻R45和第二电阻R46的高边采样方式，使得了采样结果的抗干扰性强，同时还防止了底边采样导致的噪声从地内引入。

图3是本实施例的电流变送器电路的示意图二，如图3所示，在其中的一些实施例中，两线制电流供电模块10包括：第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元，第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元依次连接，过桥整流单元的输出端耦合至负反馈调整单元的输出端。

在本实施例中，外部的两线制电流供电模块10的电流通信通过如图3中的TSS5和TSS6半导体气体放电管构成的第一雷击浪涌防护单元，FIL3与C4～C7电容组成信号滤波单元，D12、D13、D14构成第二雷击浪涌防护单元；以及经D10构成的过桥整流单元进行极性整定，最后再流过R44采样电阻，以实现对供电电路的供电。

一级雷击浪涌防护、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元以及经过桥整流单元进行极性整定流过第一电阻进行采样，最后再对供电电路70进行供电的方式，实现了电流变送器电路的接口的二级防护，增强了电路的安全性。

在其中的一些实施例中，电压调整模块20包括：主控单元、数模转换单元、电流源单元M1，主控单元的输出端耦合至数模转换单元的输入端，数模转换单元U12A的输出端耦合至电流源单元的输入端，电流源单元的输出端耦合至比例镜像电流放大模块50的反向输入端。

继续参照图2，在本实施例中，主控单元通过对数模转换单元控制输出电压，然后该电压通过电流源单元，将该电压转换为第一电阻R44或第二电阻R45的电压。从而使得第一电阻R44的压降与第二电阻R45的压降的电压信号进入比例镜像电流放大模块50，最后再通过负反馈调整模块60调整放大状态，实现第一电阻R44的压降等于第二电阻R45的压降，形成比例镜像电流，最终实现4～20mA的电流控制。

在其中的一些实施例中，主控单元包括：MCU控制子单元U22和信号隔离芯片U14，MCU控制子单元U22耦合至所述信号隔离芯片U14的输入端，信号隔离芯片U14的输出端耦合至所述数模转换单元的输入端。

在本实施例中，通过在主控单元中设置信号隔离芯片的方式，可以提高整个电流变送器的安全性。

继续参照图2，在其中的一些实施例中，电流源单元包括：第三电阻R47、第一三极管M1、第四电阻R46和电容C1，数模转换单元包括：第一运算放大器U12A，其中，第一运算放大器U12A的同向输入端耦合至主控单元的输出端，第三电阻R47的一端耦合至第一三极管M1的栅极，第三电阻R47的另一端耦合至第一运算放大器U12A的输出端，第一三极管M1的漏极耦合至比例镜像电流放大模块50的输入端，第一三极管M1源极分别耦合至第一运算放大器U12A的反向输入端和第四电阻R46的一端，第四电阻R46的另一端接地，电容C1的一端耦合至第一运算放大器U12A的输出端与第三电阻R47的一端的连接节点，电容C1的另一端耦合至第一运算放大器U12A的反向输入端。

在本实施例中，通过上述方式，构成的电流源单元和数模转模单元，可以实现对主控输出的电压信号进行转换成电流，同时通过数模转换单元和电流源还能实现对第二电阻R45上的电压的精确控制。

在其中的一些实施例中，负反馈调整模块60包括：第二三极管Q12，第二三极管Q12的栅极耦合至比例镜像电流放大模块50的输出端，第二三极管Q12的源极接地，第二三极管Q12的漏极分别耦合至供电电路70和比例镜像电流放大模块50的同向输入端。

在本实施例中，通过设置三极管来实现对电路的负反馈调节，并且在本实施例中采用三极管会比MOS管的耐压普遍要高，且运放的静态电流及Q12的Ib都是经过采样电阻R45，丝毫不影响测试精度，提高了整个电路的电流精度。

在其中的一些实施例中，比例镜像电流放大模块50包括：第二运算放大器，第二运算放大器的同向输入端为比例镜像电流放大模块50的同向输入端，第二运算放大器的反向输入端为比例镜像电流放大模块50的反向输入端，第二运算放大器的输出端为比例镜像电流放大模块50的输出端。

在本实施例中，通过设置运算放大器，实现了对R44和R45上的电压的精确控制，进一步的提高了整个电路的电流精度。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电流变送器电路，其特征在于，包括：两线制电流供电模块、电压调整模块、第一压降模块和第二压降模块、比例镜像电流放大模块和负反馈调整模块，其中，所述两线制电流供电模块的输出端通过所述第一压降模块分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的同向输入端和供电电路，所述两线制电流供电模块的输出端还通过第二压降模块耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述电压调整模块的输出端耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述比例镜像电流放大模块的输出端耦合至所述负反馈调整模块的输入端，所述负反馈调整模块的输出端分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端和所述供电电路；

所述两线制电流供电模块用于输出电流信号，所述电流信号能够使所述第一压降模块生成第一电压，以及能够使所述第二压降模块生成第二电压；

所述电压调整模块用于输出电压调整信号，其中，所述电压调整信号能够将所述第二压降模块生成第二电压调整为第三电压；

所述比例镜像电流放大模块能够输出所述第一电压与所述第三电压的电压差；

所述负反馈调整模块能够根据所述电压差调整所述第一电压，以使得调整后的所述第一电压与所述第三电压相等。

2.根据权利要求1所述的电流变送器电路，其特征在于，所述第一压降模块包括第一电阻，所述第一电阻耦合至所述两线制电流供电模块的输出端和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端之间，以及所述第一电阻还耦合至所述供电电路和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端之间。

3.根据权利要求2所述的电流变送器电路，其特征在于，所述第二压降模块包括第二电阻，所述第二电阻一端耦合至所述两线制电流供电模块的输出端，所述第二电阻的另一端分别耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端所述电压调整单元的输出端。

4.根据权利要求3所述的电流变送器电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同。

5.根据权利要求1所述的电流变送器电路，其特征在于，所述两线制电流供电模块包括：第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元，所述第一雷击浪涌防护单元、滤波单元、第二雷击浪涌防护单元和过桥整流单元依次连接，所述过桥整流单元的输出端耦合至所述负反馈调整单元的输出端。

6.根据权利要求1所述的电流变送器电路，其特征在于，所述电压调整模块包括：主控单元、数模转换单元、电流源单元，所述主控单元的输出端耦合至所述数模转换单元的输入端，所述数模转换单元的输出端耦合至所述电流源单元的输入端，所述电流源单元的输出端耦合至所述比例镜像电流放大模块的反向输入端。

7.根据权利要求6所述的电流变送器电路，其特征在于，所述主控单元包括：MCU控制子单元和信号隔离芯片，所述MCU控制子单元耦合至所述信号隔离芯片的输入端，所述信号隔离芯片的输出端耦合至所述数模转换单元的输入端。

8.根据权利要求6所述的电流变送器电路，其特征在于，所述电流源单元包括：第三电阻、第一三极管、第四电阻和电容，所述数模转换单元包括：第一运算放大器，其中，所述第一运算放大器的同向输入端耦合至所述主控单元的输出端，所述第三电阻的一端耦合至所述第一三极管的栅极，所述第三电阻的另一端耦合至所述第一运算放大器的输出端，所述第一三极管的漏极耦合至所述比例镜像电流放大模块的输入端，所述第一三极管源极分别耦合至所述第一运算放大器的反向输入端和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述电容的一端耦合至所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的一端的连接节点，所述电容的另一端耦合至所述第一运算放大器的反向输入端。

9.根据权利要求1所述的电流变送器电路，其特征在于，所述负反馈调整模块包括：第二三极管，所述第二三极管的栅极耦合至所述比例镜像电流放大模块的输出端，所述第二三极管的源极接地，所述第二三极管的漏极分别耦合至所述供电电路和所述比例镜像电流放大模块的同向输入端。

10.根据权利要求1所述的电流变送器电路，其特征在于，所述比例镜像电流放大模块包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的同向输入端为所述比例镜像电流放大模块的同向输入端，所述第二运算放大器的反向输入端为所述比例镜像电流放大模块的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端为所述比例镜像电流放大模块的输出端。

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