專利名稱：設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)實(shí)踐中，尤其是工業(yè)變送器上，經(jīng)常需要將某些在現(xiàn)場(chǎng)采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)(0 20mA或者4-20mA)，然后通過雙絞線將電流信號(hào)傳輸?shù)胶蠹?jí)接收設(shè)備。在后級(jí)接收設(shè)備中，將電流信號(hào)再次轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，供后級(jí)電路用于信號(hào)調(diào)理或進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。在傳統(tǒng)的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路中，使用如圖1所示的接收電路，其中，“ + ”、“-”為后級(jí)接收設(shè)備的電流接線端；Rload為負(fù)載電阻；Zl為齊納穩(wěn)壓二極管；Cl 為濾波電容；Ul為運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器；電阻Rl為齊納穩(wěn)壓二極管Zl的限流保護(hù)電阻；電阻R2為Ul的輸入端保護(hù)電阻。輸入電流信號(hào)，為電流環(huán)電流信號(hào)Iin從“ + ”端流入，流經(jīng)負(fù)載電阻IUoad,進(jìn)行電流-電壓的轉(zhuǎn)換，形成負(fù)載電壓Vload Vload = IinxRload最后從“_”端流出。運(yùn)算放大器Ul接收負(fù)載電壓Vload作為其同相端” IN+”的輸入信號(hào)，經(jīng)過阻抗變換之后，在輸出端“ out ”輸出最終的電壓信號(hào)Vout。為了保護(hù)負(fù)載電阻Rload之后的接收端口內(nèi)的電路元器件，需要在負(fù)載電阻后面加上由電阻Rl和齊納穩(wěn)壓二極管Zl組成的過流保護(hù)電路，其保護(hù)值為電流信號(hào)Iin的安全上限值在負(fù)載電阻上形成的負(fù)載電壓Vload。當(dāng)電流信號(hào)超過安全上限時(shí)，負(fù)載電壓 Vload將會(huì)高于齊納穩(wěn)壓二極管Zl的電壓保護(hù)值，使齊納穩(wěn)壓二極管Zl反向擊穿，故，負(fù)載電壓Vload被限制在齊納穩(wěn)壓二極管Zl的擊穿電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。由于齊納穩(wěn)壓二極管本身的工作特性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的齊納管過流保護(hù)電路存在著一定的缺點(diǎn)。齊納管是利用其內(nèi)部的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性工作的，穩(wěn)定電壓值即為齊納管在正常工作時(shí)穩(wěn)壓管兩端的電壓值。這個(gè)電壓值具有較大的離散性，隨穩(wěn)壓管工作電流和溫度的不同而不同；即使同一型號(hào)的齊納穩(wěn)壓二極管，不同批次的齊納管的穩(wěn)壓值也存在10%左右的偏差。因此，在接收設(shè)備的保護(hù)電路中使用齊納管進(jìn)行過流保護(hù)，其電流值安全上限至少會(huì)存在10%以上的偏差，對(duì)于需要精確過流保護(hù)的應(yīng)用場(chǎng)合，無法滿足工作需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種改進(jìn)的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其具有精確的過流保護(hù)而且反應(yīng)迅速。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案一種設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，包括輸入電流、負(fù)載電阻、第一運(yùn)算放大器、過流保護(hù)模塊以及輸出電壓信號(hào)，其特征在于所述過流保護(hù)模塊包括第二運(yùn)算放大器、MOS晶體管以及電阻分壓器，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接所述電阻分壓器，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述負(fù)載電阻的一端相連，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與所述MOS晶體管的柵極相連。適宜地，所述電阻分壓器連接在電路的工作電源與“地”之間，并包括兩個(gè)相互串聯(lián)的第一電阻和第二電阻，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在所述第一電阻與第二電阻之間。適宜地，所述MOS晶體管的漏極接“地”。適宜地，所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路還包括第三電阻，所述第三電阻的一端連接在所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端，而另一端與所述MOS晶體管的源級(jí)相連。適宜地，所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路還包括濾波電容，所述濾波電容連接在所述第三電阻的另一端與“地”之間。適宜地，所述負(fù)載電阻連接在所述輸入電流的正、負(fù)接線端之間，適宜地，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與其輸出端相連，所述輸出端輸出所述輸出電壓信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路通過運(yùn)算放大器、MOS晶體管以及電阻分壓器所組成的過流保護(hù)電路模塊實(shí)現(xiàn)精確的過流保護(hù)而且反應(yīng)迅速，另外整個(gè)電路還具有簡(jiǎn)單穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用效果良好。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的原理圖。圖2為本發(fā)明的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。本發(fā)明提出了一種設(shè)有過流保護(hù)模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其用于后級(jí)設(shè)備的電流環(huán)接收電路上，可進(jìn)行精確的過流保護(hù)從而保障后級(jí)設(shè)備接收電路安全性的電路，具體實(shí)施電路如圖2所示。上述設(shè)有過流保護(hù)模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，取消了背景技術(shù)中所描述的由電阻Rl和齊納穩(wěn)壓二極管Zl所組成的過流保護(hù)模塊，而改為新的過流保護(hù)模塊。具體地，本發(fā)明環(huán)路的過流保護(hù)電路包括后級(jí)接收設(shè)備的電流接線端“+”和“_”、負(fù)載電阻lUoad、濾波電容Cl、第一運(yùn)算放大器Ul構(gòu)成的電壓跟隨器以及上述新的過流保護(hù)模塊。其中第三電阻R2為第一運(yùn)算放大器Ul的輸入端保護(hù)電阻；輸入電流信號(hào)，即電流環(huán)電流信號(hào)Iin從“ + ”端流入，流經(jīng)負(fù)載電阻IUoad,進(jìn)行電流-電壓的轉(zhuǎn)換，形成負(fù)載電壓 Vload Vload = IinxRload最后從“_”端流出。第一運(yùn)算放大器Ul接收負(fù)載電壓Vload作為其同相端”IN+” 的輸入信號(hào)，經(jīng)過阻抗變換之后，在其輸出端“out”輸出最終的電壓信號(hào)Vout。上述新的過流保護(hù)模塊包括第二運(yùn)算放大器U2、金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管Ql以及電陰分壓器。其中，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管Ql簡(jiǎn)稱MOS晶體管，低電平驅(qū)動(dòng)時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)截止；Vcc為接收電路的工作電源。電阻分壓器連接在工作電源Vcc與“地”之間，并包括第一電阻R3與第二電阻R4，其中，第一電阻R3的上端與工作電源Vcc連接，其下端與第二電阻R4上端、以及第二運(yùn)算放大器U2的同相輸入端“IN+”連接。第二電阻R4下端與“地”連接。第二運(yùn)算放大器U2的反相輸入端“IN-”與負(fù)載電阻Rload的上端連接，其輸出端“OUT”與MOS晶體管Ql的柵極G連接。MOS晶體管Ql的源極S與電阻R2的左端連接， 而其漏極D與“地”連接。這樣，工作電源Vcc構(gòu)成電壓比較器電路形式，其同相輸入端” IN+”從由第一、第二電阻R3、R4組成的電阻分壓器取得設(shè)定電壓Vset，Vset = R4/(R3+R4) xVcc。通過選擇不同阻值比的第一、第二電阻R3、R4，可以得到所需的設(shè)定電壓Vset。接收電路正常工作時(shí)，電流Iin流經(jīng)負(fù)載電阻Rload形成負(fù)載電壓Vload，此負(fù)載電壓信號(hào)同時(shí)送到第一、第二運(yùn)算放大器Ul、U2。第一運(yùn)算放大器Ul仍作為電壓跟隨器， 將負(fù)載電壓信號(hào)Vload進(jìn)行阻抗變換后，向后級(jí)電路輸出電壓信號(hào)Vout。第二運(yùn)算放大器 U2反相輸入端“IN-”接收到負(fù)載電壓Vload信號(hào)后，與同相端“IN+”輸入信號(hào)Vset進(jìn)行比較，如當(dāng)前電流環(huán)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換后的電壓Vload小于設(shè)定電壓Vset，即表明此時(shí)電流信號(hào)小于安全值上限，無須進(jìn)行過流保護(hù)，因此運(yùn)算放大器U2輸出端“out”輸出高電平，MOS晶體管Ql截止。當(dāng)電流環(huán)電流信號(hào)Iin超過正常工作的上限值時(shí)，即Vload > Vset，第二運(yùn)算放大器U2輸出低電平，MOS晶體管Ql導(dǎo)通，輸入電流信號(hào)有一部分流經(jīng)MOS晶體管Q1， 使經(jīng)過負(fù)載電阻IUoad上的電流減小，負(fù)載電壓Vload降低，從而對(duì)負(fù)載電阻IUoad后級(jí)的電路元器件進(jìn)行保護(hù)。通過上述描述可知，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其具有精確過流保護(hù)、反應(yīng)迅速、電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用效果良好。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，包括輸入電流、負(fù)載電阻、第一運(yùn)算放大器、過流保護(hù)模塊以及輸出電壓信號(hào)，其特征在于所述過流保護(hù)模塊包括第二運(yùn)算放大器、MOS晶體管以及電阻分壓器，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接所述電阻分壓器，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述負(fù)載電阻的一端相連，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與所述MOS晶體管的柵極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于 所述電阻分壓器連接在電路的工作電源與“地”之間，并包括兩個(gè)相互串聯(lián)的第一電阻和第二電阻，所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接在所述第一電阻與第二電阻之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于 所述MOS晶體管的漏極接“地”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路還包括第三電阻，所述第三電阻的一端連接在所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端，而另一端與所述MOS晶體管的源級(jí)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于 所述電流-電壓轉(zhuǎn)換電路還包括濾波電容，所述濾波電容連接在所述第三電阻的另一端與 “地”之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于 所述負(fù)載電阻連接在所述輸入電流的正、負(fù)接線端之間，7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與其輸出端相連，所述輸出端輸出所述輸出電壓信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種設(shè)有過流保護(hù)電路模塊的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，包括輸入電流、負(fù)載電阻、第一運(yùn)算放大器、過流保護(hù)模塊以及輸出電壓信號(hào)。過流保護(hù)模塊包括第二運(yùn)算放大器、MOS晶體管以及電阻分壓器。第二運(yùn)算放大器的同相輸入端連接電阻分壓器，第二運(yùn)算放大器的反相輸入端與負(fù)載電阻的一端相連，第二運(yùn)算放大器的輸出端與所述MOS晶體管的柵極相連。這樣，本發(fā)明通過運(yùn)算放大器、MOS晶體管以及電阻分壓器所組成的過流保護(hù)電路模塊來對(duì)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)精確的過流保護(hù)而且反應(yīng)迅速。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102394494SQ20111029007
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者凡冬青, 劉中, 金振華, 錢誠(chéng) 申請(qǐng)人:魏德米勒電聯(lián)接國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司