专利名称：一种模拟量电流输出系统及方法
技术领域：
本发明涉及自动化及仪器仪表领域，特别涉及一种模拟量电流输出系统及方法。
背景技术：
现有技术中通过模拟量电流输出模块输出4_20mA的电流来实现对生产现场及公用工程的执行机构的驱动控制，而一般模拟量电流输出模块的供电电压为MV，包括电压电流转换模块，如图1所示为现有技术中电压电流转换模块的结构示意图，其中RL为执行机构的输入阻抗即电压电流转换模块的负载阻抗，而电压电流转换模块包括运算放大器A、转换电阻Rf、电压调整管M，其中，转换电阻采集回路上的电流负反馈给运算放大器，使得输出电流与转换电阻成线性关系。目前，工业现场执行机构各异，其阻抗各有不同，在由输出电流对执行机构进行驱动控制过程中，当执行机构的输入阻抗与输出电流的乘积较小时，会导致模拟量电流输出模块内部的压降较大，以至于大量的功率消耗在模拟量电流输出模块内部，尤其是消耗在电压调整管上，如此不仅造成大量电能的浪费，而且使得模拟量电流输出模块的内部温度大幅度升高，大大缩短电子元器件寿命，使模块容易产生各种故障，降低了设备的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟量电流输出系统及方法，用以解决现有技术中由于被驱动控制的执行机构输入阻抗与输出电流乘积较小，造成大量电能消耗， 同时使得设备内部温度升高降低设备可靠性的技术问题。本发明提供了一种模拟量电流输出系统，包括可调电压输出模块、反馈电压输出模块及电压电流转换模块，其中所示反馈电压输出模块，用于获取所述电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压生成反馈电压；所述可调电压输出模块，设置于供电电压及所述电压电流转换模块之间，用于接收所述反馈电压输出模块发送的反馈电压，依据所述反馈电压调节所述可调电压输出模块的输出电压，使得所述电压调整管的当前电压处于预定范围内；所述电压电流转换模块，用于输出电流对执行机构进行驱动控制。上述系统，优选地，所述反馈电压输出模块包括反馈电阻和光耦，其中所述反馈电阻与所述光耦串联连接后，与所述电压调整管并联连接，用于获取所述电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压生成反馈电压。上述系统，优选地，所述电压调整管包括MOS管。上述系统，优选地，所述预定范围为大于IV且小于2. 4V。上述系统，优选地，所述电压电流转换模块的转换电阻为精密电阻。本发明还提供了一种模拟量电流输出方法，用于上述系统，所述方法包括获取电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压；
依据所述当前电压生成反馈电压；依据所述反馈电压获取输出电压，使得所述电压调整管两端的当前电压处于预定范围内；输出电流对执行机构进行驱动控制。上述方法，优选地，所述获取电压调整管两端的当前电压包括将反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联；获取所述反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联后两端的当前电压，并依据所述当前电压获取反馈电压。上述方法，优选地，所述当前电压依据第一正向函数或第一反向函数生成与所述当前电压相对应的反馈电压。上述方法，优选地，所述反馈电压依据第二正向函数关系或第二反向函数生成与所述反馈电压相对应的输出电压。由上述可知，通过本发明提供的一种模拟量电流输出系统在保证电流输出对执行机构进行驱动控制的同时将可能消耗大量电能的电压调整管两端的当前电压作为获取反馈电压的依据，并依据所述反馈电压调整所述可调电压输出模块的输出电压，使得电压调整管的当前电压处于预定范围内，避免因执行机构的输入阻抗与输出电流的乘积过小使得电压调整管消耗大量电能的情况，同时有效避免了电子设备内部的温度急剧增长，提高了电子元器件的寿命及电子设备的可靠性。当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中电压电流输出模块的结构示意图；图2为本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例一的结构示意图；图3为本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例一的另一种结构示意图；图4为本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例二的结构示意图；图5为本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例二的部分结构示意图；图6为本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例二的另一种结构示意图；图7为本发明提供的一种模拟量电流输出方法实施例一的方法流程图；图8为本发明提供的一种模拟量电流输出方法实施例二的部分方法流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种模拟量电量输出系统实施例一的结构示意图如图2所示，包括反馈电压输出模块201、可调电压输出模块202及电压电流转换模块203，其中所述反馈电压输出模块201，用于获取所述电压电流转换模块203的电压调整管两端的当前电压，当所述当前电压不在预定范围内时，依据所述当前电压生成反馈电压；所述可调电压输出模块202，设置于供电电压及所述电压电流转换模块203之间， 用于接收所述反馈电压输出模块201发送的反馈电压，依据所述反馈电压调节所述可调电压输出模块的输出电压，使得所述电压调整管的当前电压处于预定范围内；所述电压电流转换模块203，用于输出电流对执行机构进行驱动控制。其中，本发明是在输出电流对执行机构进行驱动控制的同时对进行所述电压调整管两端电压调整，使得本发明提供的系统实现低功耗输出电流。需要说明的是，图2中执行机构的输入阻抗RL即本发明实施例的负载阻抗RL浮地连接。其中，所述供电电压采用24V供电电压，而所述电压电流转换模块203的输出电流一般为 4-20mA。其中，所述电压电流转换模块203除包括电压调整管M外还包括运算放大器A及转换电阻Rf，由转换电阻Rf采集电路回路上的电流通过负反馈发送至运算放大器A，使得输出电流与转换电阻Rf间成线性关系。本发明实施例提供的一种模拟量电量输出系统的另一种结构示意图如图3所示， 与图2的区别在于，执行机构的输入阻抗RL接地连接，此时所述电压电流转换模块203的结构如图3所示。在现有技术中的电压电流输出模块在输出电流对执行机构进行驱动控制时，参考图1所示，当执行机构的输入阻抗RL即电压电流输出模块的负载阻抗RL与输出电流的乘积较小时，例如负载阻抗RL为100欧姆，在电压调整管M上的消耗功率最大为400mW，这样不仅造成了大量电能的浪费，而且使得电压电流输出模块的内部温度大幅度升高，甚至为 30多度，严重威胁电子设备的寿命及生产安全。如图2，通过本发明实施例一提供的模拟量电流输出系统在保证电流输出对执行机构进行驱动控制的同时，获取电压调整管M两端的当前电压作为所述反馈电压输出模块 201获取反馈电压的依据，并由设置于供电电压及所述电压电流输出模块203之间的所述可调电压输出模块202接收到所述反馈电压后依据所述反馈电压调整输出电压使得所述电压电流输出模块203的电压调整管M两端的电压处于预定范围内，由此避免消化大量的电能，同时避免电子设备内部温度升高造成电子元器件寿命降低的情况，由此提高了电子设备的可靠性，保证了生产安全。本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例二的结构示意图如图4所示，所述反馈电压输出模块201包括反馈电阻221和光耦222，所述可调电压输出模块202及所述电压电流转换模块203与本发明实施例一中所述一致，此处不再赘述，其中所述反馈电阻221与所述光耦222串联连接后，与所述电压调整管M并联连接，用于获取所述电压调整管M两端的当前电压，并依据所述当前电压获取反馈电压。其中，本发明是在输出电流对执行机构进行驱动控制的同时对进行所述电压调整管两端电压调整，使得本发明提供的系统实现低功耗输出电流。
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需要说明的是，执行机构的输入阻抗RL即本发明实施例的负载阻抗RL浮地连接。其中，所述电压调整管M两端的压降为所述反馈电阻221及所述光耦222原边压降之和。参考图5所示为所述反馈电阻221及所述光耦222与所述电压调整管的连接示意图，其中，所述反馈电阻221与所述光耦222原边串联连接后与所述电压调整管并联连接。 所述反馈电阻221主要用来调节所述光耦222原边电流，所述光耦222原边电流通过所述光耦222传递至副边，所述光耦222副边电流与流经图中R2的电流分流从而调节反馈电阻 Vf输出。依据本发明实施例的实现电路的设计所述反馈电阻221可以调节大小，甚至可以设置为0欧姆。优选地，所述电压调整管M两端电压的预定范围为大于IV且小于2. 4V。需要说明的是，所述电压调整管M两端电压必须大于所述光耦222导通时原边发光二极管的压降，因为如果所述电压调整管M两端电压过小会使得所述光耦222无法导通， 所述光耦222原边没有电流流过，使得反馈电压输出模块失效，而所述电压调整管M的两端电压过大会使得所述电压电流转换模块无法达到输出电流的目的，甚至影响调节速度。优选地，本发明实施例中，所述电压电流转换模块203的转换电阻Rf为精密电阻。优选地，所述电压调整管M包括MOS管。本发明实施例提供的一种模拟量电量输出系统的另一种结构示意图如图6所示， 与图4的区别在于，执行机构的输入阻抗接地连接，此时所述电压电流转换模块203的结构如图6中所示。由上述可知，通过本发明实施例提供的模拟量电流输出系统在保证电流输出对执行机构进行驱动控制的同时，通过所述反馈电阻221与所述光耦222串联再并联在所述电压调整管M两端，由此获取所述电压调整管M两端的当前电压，并作为所述反馈电压输出模块201获取反馈电压的依据，并由设置于供电电压及所述电压电流输出模块203之间的所述可调电压输出模块202接收到所述反馈电压后依据所述反馈电压调整输出电压使得所述电压电流输出模块203的电压调整管M两端的电压处于预定范围内，由此避免消化大量的电能，同时避免电子设备内部温度升高造成电子元器件寿命降低的情况，由此提高了电子设备的可靠性，保证了生产安全。与上述本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例一的系统相对应，本发明提供的一种模拟量电流输出方法实施例一的方法流程图如图7所示，所述方法包括步骤701 获取电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压；步骤702 依据所述当前电压生成反馈电压；步骤703 依据所述反馈电压获取输出电压，使得所述电压调整管两端的当前电压处于预定范围内；步骤704 输出电流对执行机构进行驱动控制。需要说明的是，当执行机构的输入阻抗接地时上述方法同样适用。与现有技术相比，本发明方法实施例通过获取的所述电压调整管两端的当前电压获取反馈电压用以调节所述可调电压输出模块的输出电压使得所述电压调整管两端的电压处于预定范围内。由上述可知，本发明方法实施例用于本发明系统实施例一，能够有效调节所述电压调整管两端电压处于预定范围，在保证正常输出电流的同时，避免大量电能的消耗，同时避免电子设备内部温度升高使得电子设备寿命降低的情况，提高了电子设备的可靠性。与上述本发明提供的一种模拟量电流输出系统实施例二的系统相对应，本发明提供了一种模拟量电流输出方法实施例二的部分方法流程图如图8所示，其中，步骤702至步骤704与本发明方法实施例一中所述一致，在此不再赘述，所述步骤701包括步骤711 将反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联；步骤712 获取所述反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联后两端的当前电压。需要说明的是，当执行机构的输入阻抗接地时上述方法同样适用。 其中，本发明方法实施例通过将所述反馈电阻与光耦原边串联后并联在所述电压调整管的两端，由此来获取所述电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压获取所述反馈电压，将所述反馈电压发送至所述可调电压输出模块，依据所述反馈电压调节所述可调电压输出模块的输出电压，使得所述电压调整管两端的电压出于预定范围内，由此，输出电流对执行机构进行驱动控制。优选地，本发明方法实施例中，所述当前电压与所述反馈电压之间成第一正向函数关系或第一反向函数关系，所述反馈电压与所述可调电压输出模块的输出电压成第二正向函数关系或第二反向函数关系。需要说明的是，当所述当前电压与所述反馈电压之间成第一正向函数关系时，所述反馈电压与所述可调电压输出模块的输出电压成第二正向函数关系，即若所述当前电压越大，所述反馈电压越大，所述可调电压输出模块的输出电压越大，而当所述当前电压与所述反馈电压之间成第一反向函数关系时，所述反馈电压与所述可调电压输出模块的输出电压成第二反向函数关系，即若所述当前电压越大，所述反馈电压越小，所述可调电压输出模块的输出电压越大。与现有技术相比，本发明方法实施例用于本发明系统实施例，在保证模拟量电流输出系统输出电流对执行机构进行驱动控制的同时，通过将所述反馈电阻与所述光耦串联再并联在所述电压调整管两端，由此获取所述电压调整管两端的当前电压，并将所述电压调整管两端的当前电压依据第一正向函数或第一反向函数获取与所述当前电压相对应的反馈电压，将所述反馈电压依据第二正向函数或第二反向函数调节所述可调电压输出模块的输出电压使得所述电压调整管两端的电压处于预定范围内。由此，避免所述电压调整管两端的电压过大造成大量电能损耗，同时避免电子设备内部温度升高的情况，提高了电子设备的使用寿命，保证了电子设备的可靠性及安全生产。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。以上对本发明所提供的一种模拟量电流输出系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想， 在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
权利要求
1.一种模拟量电流输出系统，其特征在于，所述系统包括反馈电压输出模块、可调电压输出模块及电压电流转换模块，其中所述反馈电压输出模块，用于获取所述电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压生成反馈电压；所述可调电压输出模块，设置于供电电压及所述电压电流转换模块之间，用于接收所述反馈电压输出模块发送的反馈电压，依据所述反馈电压调节所述可调电压输出模块的输出电压，使得所述电压调整管的当前电压处于预定范围内；所述电压电流转换模块，用于输出电流对执行机构进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈电压输出模块包括反馈电阻和光耦，其中所述反馈电阻与所述光耦串联连接后，与所述电压调整管并联连接，用于获取所述电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压获取反馈电压。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压调整管包括 MOS(metal-oxid-semiconductor，金属氧化物半导体)管。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定范围为大于IV且小于2.4V。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压电流转换模块的转换电阻为精密电阻。
6.一种模拟量电流输出方法，用于上述系统，其特征在于，所述方法包括 获取电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压；依据所述当前电压生成反馈电压；依据所述反馈电压获取输出电压，使得所述电压调整管两端的当前电压处于预定范围内；输出电流对执行机构进行驱动控制。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取电压调整管两端的当前电压包括将反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联；获取所述反馈电阻与光耦串联后与所述电压调整管并联后两端的当前电压，并依据所述当前电压获取反馈电压。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当前电压依据第一正向函数或第一反向函数生成与所述当前电压相对应的反馈电压。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反馈电压依据第二正向函数关系或第二反向函数生成与所述反馈电压相对应的输出电压。
全文摘要
本发明提供了一种模拟量电流输出系统，其特征在于，所述系统包括可调电压输出模块、反馈电压输出模块及电压电流转换模块，其中所述反馈电压输出模块，用于获取所述电压电流转换模块的电压调整管两端的当前电压，并依据所述当前电压生成反馈电压；所述可调电压输出模块，设置于供电电压及所述电压电流转换模块之间，用于接收所述反馈电压输出模块发送的反馈电压，依据所述反馈电压调节所述可调电压输出模块的输出电压，使得所述电压调整管的当前电压处于预定范围内；所述电压电流转换模块，用于输出电流对执行机构进行驱动控制。
文档编号G05F1/565GK102541139SQ20121001797
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者王文辉, 郭淳, 金媛, 金建祥 申请人:浙江中控技术股份有限公司