专利名称：一种电压电流输出装置的制作方法
技术领域：
一种电压电流输出装置技术领域[0001]本实用新型涉及PLC (可编程逻辑控制器)控制系统和仪器仪表的电压电流输出技术领域，尤其涉及的是一种可编程电压/电流输出电路。
背景技术：
[0002]在工业现场经常使用电压电流信号控制执行设备，经常需要使用-IOV +IOV电压信号或者(Γ20πιΑ，Γ20πιΑ电流信号通过变频器控制电机的转速，正反转，启动，停止等操作，或者是控制比例电磁阀的开关动作。[0003]而现有技术中大部分仪表只能实现单一量程输出，电压输出或者电流输出，如果要既能输出电压又能输出电流，则需要通过不同的接线端子输出，这样使用起来不方便，需要占用2倍的接线端子，从而增大产品的体积。[0004]也有通过继电器来切换电压和电流输出的方式复用，但是继电器触点寿命有限。 使用的精密运算放大器的数量也较多，则成本会增加。[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。实用新型内容[0006]鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种电压电流输出装置， 能够实现工业现场所需要的电压或电流信号的生成，并且结构简单，实现成本低。[0007]本实用新型的技术方案如下[0008]一种电压电流输出装置，其中，包括[0009]基准电压发生器；[0010]主控制器；[0011]分别与基准电压发生器、主控制器连接的数模转换器；[0012]以及分别与基准电压发生器、主控制器、数模转换器连接的、用于根据主控制器发来的控制信号，选择电压输出或电流输出的电压电流变换电路。[0013]所述的电压电流输出装置，其中，所述电压电流变换电路包括第一运算放大器Ul 和第二运算放大器U2，所述第一运算放大器Ul的反向输入端通过第一电阻Rl连接基准电压输入端VREF、所述第一运算放大器Ul的同向输入端通过第五电阻R5连接至主电压输入端Vin，所述第一运算放大器Ul的输出端依次通过第三电阻R3和第四电阻Rs连接至第一输出端V/I out;[0014]所述第二运算放大器U2同向输入端通过第九电阻R9连接至正向电压反馈端 Sense+，所述第二运算放大器U2反向输入端通过第十电阻RlO连接至所述第二运算放大器 U2的反馈输出端；[0015]所述第一运算放大器Ul的反向输入端还依次通过第二电阻R2和第一开关Sl连接至第三电阻R3和第四电阻Rs连接的公共端；所述第二电阻R2和第一开关Sl连接的公共端，依次通过第七电阻R7和第二开关S2连接至所述第二运算放大器U2的反馈输出端；[0016]所述第一运算放大器Ul的同向输入端还依次通过第八电阻R8和第三开关S3连接至所述第二运算放大器U2的反馈输出端；[0017]所述第八电阻R8和第三开关S3连接的公共端，依次通过第十一电阻R11、第四开关S4、第十二电阻R12连接至接地输出端GND，所述第四开关S4与第十二电阻R12连接的公共端还连接至负向电压反馈端knse-。[0018]所述的电压电流输出装置，其中，所述第一输出端V/I out还通过第六电阻R6与正向电压反馈端knse+连接。[0019]所述的电压电流输出装置，其中，所述第二运算放大器U2同向输入端还通过第一电容Cl连接至所述第四开关S4与第十二电阻R12连接的公共端。[0020]所述的电压电流输出装置，其中，所述电压电流变换电路还包括第一三极管Tl 和第二三极管T2，所述第一三极管Tl的基极和第二三极管T2的基极共同连接至所述第一运算放大器Ul的输出端；[0021]所述第一三极管Tl的发射极和第二三极管T2的发射极共同连接至第三电阻R3 和第四电阻Rs连接的公共端；[0022]所述第一三极管Tl的集电极连接至第一工作电源正端+AV ；所述第二三极管T2 的集电极连接至第一工作电源的负端-AV。[0023]本实用新型所提供的电压电流输出装置，由于采用将电压放大电路和电流输出电路整合在一个电路结构中，通过运算放大器的负反馈原理，通过切换不同的反馈点，能够实现电压电流输出任意切换，能够实现在同一个端口上实现可编程电压或可编程电流输出， 并且能够实现多种电压或电流量程，能够实现+/-10ν、(Γ 0ν、(Γ5ν、+/-5ν、(Γ20πιΑ、4 20mA、 +/-20mA等任意电压或电流量程，能够节约产品的接线端子数量，可根据现场使用需要灵活地输出电压或电流信号，并且结构简单，实现成本低，操作使用灵活方便。
[0024]图1是本实用新型实施例的电压电流输出装置结构示意图。[0025]图2是本实用新型实施例的电压电流变换电路结构示意图。[0026]图3是本实用新型实施例的电压电流变换电路在电压输出模式时的等效电路结构图。[0027]图4是本实用新型实施例的电压电流变换电路在电流输出模式时的等效电路结构图。[0028]图5是本实用新型实施例的电压电流变换电路加了保护二极管时的结构示意图。
具体实施方式
[0029]本实用新型提供一种电压电流输出装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0030]本实用新型实施例的一种电压电流输出装置，如图1所示，主要包括[0031]用于产生基准电压的基准电压发生器130 ；[0032]用于主要起控制作用的主控制器110 ；[0033]分别与基准电压发生器130、主控制器110连接的数模转换器120 ；[0034]以及分别与基准电压发生器130、主控制器110、数模转换器120连接的、用于根据主控制器110发来的控制信号，选择电压输出或电流输出的电压电流变换电路150。电压电流变换电路150根据需要输出电压或电流至负载200。[0035]本实施例中，可以实现+/-IOV和+/-20mA量程(其它量程可以从此两个量程中取)输出时，采用基准电压VREF=2. 5V，数模转换器DAC输出电压范围是(T5V。[0036]其中如图2所示，所述电压电流变换电路150包括第一运算放大器Ul和第二运算放大器U2，所述第一运算放大器Ul的反向输入端通过第一电阻Rl连接基准电压输入端 VREF、所述第一运算放大器Ul的同向输入端通过第五电阻R5连接至主电压输入端Vin，所述第一运算放大器Ul的输出端依次通过第三电阻R3和第四电阻Rs连接至第一输出端V/ I out。[0037]所述第二运算放大器U2同向输入端通过第九电阻R9连接至正向电压反馈端 Sense+，所述第二运算放大器U2反向输入端通过第十电阻RlO连接至所述第二运算放大器 U2的反馈输出端。[0038]所述第一运算放大器Ul的反向输入端还依次通过第二电阻R2和第一开关Sl连接至第三电阻R3和第四电阻Rs连接的公共端；所述第二电阻R2和第一开关Sl连接的公共端，依次通过第七电阻R7和第二开关S2连接至所述第二运算放大器U2的反馈输出端。[0039]所述第一运算放大器Ul的同向输入端还依次通过第八电阻R8和第三开关S3连接至所述第二运算放大器U2的反馈输出端。[0040]所述第八电阻R8和第三开关S3连接的公共端，依次通过第十一电阻R11、第四开关S4、第十二电阻R12连接至接地输出端GND，所述第四开关S4与第十二电阻R12连接的公共端还连接至负向电压反馈端knse-。[0041]所述的电压电流输出装置，其中，所述第一输出端V/I out还通过第六电阻R6与正向电压反馈端knse+连接。[0042]其中，所述第二运算放大器U2同向输入端还通过第一电容Cl连接至所述第四开关S4与第十二电阻R12连接的公共端。[0043]其中，所述电压电流变换电路还包括第一三极管Tl和第二三极管T2，所述第一三极管Tl的基极和第二三极管T2的基极共同连接至所述第一运算放大器Ul的输出端；[0044]所述第一三极管Tl的发射极和第二三极管T2的发射极共同连接至第三电阻R3 和第四电阻Rs连接的公共端；[0045]所述第一三极管Tl的集电极连接至第一工作电源正端+AV ；所述第二三极管T2 的集电极连接至第一工作电源的负端-AV。[0046]本实用新型实施例中第二运算放大器U2作为跟随器进行阻抗变换，由于第一运算放大器Ul的输出驱动电流有限，所以增加一级功率驱动电路。该功率驱动电路如图2所示由功率三极管第一三极管Tl和第二三极管T2和偏置电阻第三电阻R3组成。[0047]本实用新型实施例的电压电流输出装置，可以自动切换为电压输出模式或电流输出模式。[0048]如图2所示，本实施例中第四电阻Rs是可编程恒流源输出的采样电阻，要求精密电阻温漂小。[0049]参见图2，当电压输出模式时第一开关Sl和第三开关S3断开；第二开关 S2和第四开关S4短接闭合。形成如图3所示的电压输出模式等效电路，正向电压反馈端 Sense+和负向电压反馈端Sense-接在负载电阻RL的两端，采集负载电阻RL上的电压使其保持不变不受布线电阻的影响[0050]如图3所示的电压输出模式等效电路[0051]匹配的条件Rl=R5=a*R;R2=R8=b*R ；R7=Rll=c*R ；负载电阻RL上的电压VL =CVin -VREF)氺(b + c) /a ο[0052]则电压输出模式下电压输出为
权利要求1.一种电压电流输出装置，其特征在于，包括基准电压发生器；主控制器；分别与基准电压发生器、主控制器连接的数模转换器；以及分别与基准电压发生器、主控制器、数模转换器连接的、用于根据主控制器发来的控制信号，选择电压输出或电流输出的电压电流变换电路。
2.根据权利要求1所述的电压电流输出装置，其特征在于，所述电压电流变换电路包括第一运算放大器(Ul)和第二运算放大器(U2)，所述第一运算放大器(Ul)的反向输入端通过第一电阻(Rl)连接基准电压输入端(VREF)、所述第一运算放大器(Ul)的同向输入端通过第五电阻(R5)连接至主电压输入端(Vin)，所述第一运算放大器(Ul)的输出端依次通过第三电阻(R3)和第四电阻(Rs)连接至第一输出端(V/I out)；所述第二运算放大器(U2)同向输入端通过第九电阻(R9)连接至正向电压反馈端 (Sense+)，所述第二运算放大器(U2)反向输入端通过第十电阻(RlO)连接至所述第二运算放大器(U2)的反馈输出端；所述第一运算放大器(Ul)的反向输入端还依次通过第二电阻(R2)和第一开关(Si)连接至第三电阻(R3)和第四电阻(Rs)连接的公共端；所述第二电阻(R2)和第一开关(Si)连接的公共端，依次通过第七电阻(R7)和第二开关(S2)连接至所述第二运算放大器(U2)的反馈输出端；所述第一运算放大器(Ul)的同向输入端还依次通过第八电阻(R8)和第三开关(S3)连接至所述第二运算放大器(U2)的反馈输出端；所述第八电阻(R8)和第三开关(S3)连接的公共端，依次通过第十一电阻(R11)、第四开关(S4)、第十二电阻(R12)连接至接地输出端(GND)，所述第四开关(S4)与第十二电阻 (R12)连接的公共端还连接至负向电压反馈端(Sense-)。
3.根据权利要求2所述的电压电流输出装置，其特征在于，所述第一输出端(V/Iout) 还通过第六电阻(R6)与正向电压反馈端(Sense+)连接。
4.根据权利要求2所述的电压电流输出装置，其特征在于，所述第二运算放大器(U2) 同向输入端还通过第一电容(Cl)连接至所述第四开关(S4)与第十二电阻(R12)连接的公共端。
5.根据权利要求2所述的电压电流输出装置，其特征在于，所述电压电流变换电路还包括第一三极管(Tl)和第二三极管(T2)，所述第一三极管(Tl)的基极和第二三极管(T2) 的基极共同连接至所述第一运算放大器(Ul)的输出端；所述第一三极管(Tl)的发射极和第二三极管(T2)的发射极共同连接至第三电阻(R3) 和第四电阻(Rs )连接的公共端；所述第一三极管(Tl)的集电极连接至第一工作电源正端(+AV)；所述第二三极管(T2) 的集电极连接至第一工作电源的负端(-AV)。
专利摘要本实用新型公开了一种电压电流输出装置，其中，包括基准电压发生器；主控制器；分别与基准电压发生器、主控制器连接的数模转换器；以及分别与基准电压发生器、主控制器、数模转换器连接的、用于根据主控制器发来的控制信号，选择电压输出或电流输出的电压电流变换电路。本实用新型由于采用将电压放大电路和电流输出电路整合在一个电路结构中，通过运算放大器的负反馈原理，通过切换不同的反馈点，能够实现电压电流输出任意切换，能够实现在同一个端口上实现可编程电压或可编程电流输出，并且能够实现多种电压或电流量程，并且结构简单，实现成本低。
文档编号G05F1/10GK202257335SQ201120343809
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者胡远超 申请人:深圳市亿维自动化技术有限公司