[发明专利]一种4~20mA信号隔离电路及多功能隔离变送器

说明书

本发明涉及一种对4~20mA直流电流信号进行隔离的电路及变送器，属于信号隔离传输技术领域。本发明包括窃电分流采样单元、小信号放大单元、核心处理单元和一组及以上的信号输出单元；窃电分流采样单元从源设备窃取能量并对输入的电流信号进行采样；所述小信号放大单元对采样信号进行放大；核心处理单元将放大后的采样信号转换成相应的数字值及PWM信号；所述信号输出单元由可控恒流源单元和滤波单元组成，可控恒流源单元受PWM信号控制而产生脉冲电流信号，经滤波单元后产生与输入端电流成线性关系的恒流信号。本发明所述的信号隔离电路及变送器无需独立供电电源便可正常工作，其电路结构简单，易于集成，便于生产。

技术领域

涉及信号隔离领域，具体而言涉及一种4~20mA信号隔离电路及多功能信号变送器。

背景技术

在当前许多工业现场及实验室，都涉及到多台设备间的数据传输，而许多有线性规律的数据多采用4~20mA直流电流的方式进行传输，为避免两台设备间相互干扰，一般会使用4~20mA的信号隔离器进行隔离。而目前市场上的信号隔离器普遍存在如下问题：

1. 使用昂贵的隔离器件，普遍价格偏高；

2. 所使用的隔离电路带有隔离电源，而隔离电源电路不但增加成本，还会占用大片的PCB面积，导致信号隔离器的体积普遍偏大，不利于集成。

发明内容

本发明针对现有技术存在的以上问题，提出了一种可使用常见低价元器件实现的4~20mA信号隔离电路，有效的降低了信号隔离器的材料成本，本发明所描述的4~20mA信号隔离电路仅占用很小的PCB面积，非常利于集成。

为了达到以上目的，本发明采用了如图1、图2、图3所示的技术方案，描述如下：

一种4~20mA信号隔离电路，其包括：窃电分流采样单元、小信号放大单元、核心处理单元和信号输出单元阵列。

所述4~20mA信号为直流信号。

所述窃电分流采样单元负责从源设备的4~20mA信号输出端窃取能量并实现稳压输出，并为整个隔离采集器的隔离前端电路供电，且能够将信号输入端多余的电流全部进行分流传输；所述窃电分流采样单元还负责对信号输入端的电流进行采样，其采样信号发送到小信号放大单元。

所述的隔离前端电路指以隔离器件为分界点，隔离器件到源设备4~20mA信号输出端口之间的所有电路，下同。

所述源设备指发送承载数据的信号的设备，下同。

所述小信号放大单元负责对输入的小信号的采样电压进行放大，其放大后的信号发送到核心处理单元。

所述核心处理单元其负责对小信号放大单元输出的模拟电压信号进行A/D变换，并对AD转换的数字值进行相应数据处理，然后将数据处理得到的数字值转换成n路相应占空比的PWM信号，通过n组PWM信号输出端口发送到信号输出单元阵列。

所述信号输出单元阵列由由n行信号输出单元组组成，所述信号输出单元组由m个信号输出单元组成，所述信号输出单元可控恒流源单元和滤波单元。

所述m和n为正整数，m的值受核心处理单元的PWM信号输出端的驱动能力及可控恒流源单元控制端压降的限制，应用最多的情况为m=1或者m=2；n的值受所述核心处理单元拥有的PWM信号输出端的数量及本发明所述4~20mA信号隔离电路的隔离前端电路的最大允许工作电流限制，应用最多的情况为n=1或者n=2。

所述4~20mA信号隔离电路的隔离前端电路的最大允许工作电流为所述隔离前端电路的最小正常工作电流之和。

为便于理解，后续描述中的m专指每组可控恒流源单元组中可控恒流源单元的数量，n专指可控恒流源单元组的数量。