一种PWM控制的4-20mA恒流输出电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于4-20mA恒流输出技术领域，特别涉及了一种PWM控制的4-20mA 恒流输出电路。
【背景技术】
[0002] 阀位控制器是根据外部输入的控制信号和实时阀门开度，控制与阀门连接的驱动 电机的正反转实现阀门开闭的。控制器在控制阀门开度的同时，需要向外部的PLC控制室 反馈实时的开度信息。工业上通常用电流来传输信号，因为如果用电压传输则会在导线的 产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差，而且电压信号容易受到50-60HZ 的工频干扰，而电流不会。工业上阀门开度值范围是〇% -100%，一般采用4mA的电流代表 0%，20mA 代表 100%。
[0003] 早期的4_20mA电流输出电路是将阀门开度转化为的模拟电压作为输入，通过V/I 转换电路输出相应电流的。很明显该方案中输入的模拟电压易受干扰，而且不可校准，精度 完全取决于电路元件的好坏。随着单片机和PWM技术的普及，市场上普遍采用PWM控制的 4-20mA电流输出方案，这种方案主要是通过程序设置，使单片机输出不同占空比的PWM波 形，通过低通滤波网络得到相对应的电压，再通过运放构成的电流反馈电路输出4-20mA的 恒定电流。PWM控制电流的方案最大的优点在于可校准性，改变PWM波的占空比就能改变相 应的输出电流，电路抗干扰性得到增强。
[0004] 申请号为201120154612. 8的专利公开了一种PWM控制的4-20mA电流输出装置。 该装置中，单片机控制的PWM波经过RC低通滤波后，得到波形中的直流分量作为运放的输 入电压，运放和两个NPN管以及反馈电阻构成V/I转换电路，将模拟电压转化为电流。虽然 这种方案利用PWM实现了输出电流的校准，提高了精度，但是无法避免实际电路中PWM受到 的干扰，受到干扰的PWM即使经过RC低通滤波，输出的电压仍然有误差，这大大影响了校准 性能。而且在实际应用中，输入电压的带负载能力不行，容易被负载拉低电平，导致输出电 流精度达不到要求。 【实用新型内容】
[0005] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本实用新型旨在提供一种PWM控制的 4-20mA恒流输出电路，加强了电路抗干扰性，同时提升了电路的带负载能力和稳定性，使驱 动能力和精度得到提高。
[0006] 为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
[0007] -种PWM控制的4_20mA恒流输出电路，包括波形改善模块、无源低通滤波模块、电 流负反馈模块、驱动模块和保护模块，所述波形改善模块的输入端接PWM信号，所述无源低 通滤波器的输入端连接波形改善模块的输出端，所述电流负反馈模块包括第一放大器、第 二放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第八电阻，第一放大器的正输入端连 接无源低通滤波器的输出端，第一放大器的负输入端连接第一放大器的输出端，第一放大 器的输出端经第四电阻与第二放大器的正输入端连接，第二放大器的正输入端经第三电阻 接地，所述驱动模块包括NPN型三极管，NPN型三极管的基极连接第二放大器的输出端，NPN 型三极管的集电极接电源电压，NPN型三极管的发射极经第五电阻与第二放大器的负输入 端连接，NPN型三极管的发射极经依次串联的第八电阻和第六电阻与第二放大器的正输入 端连接，所述保护模块包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的阴极连接第八电阻和 第六电阻的公共端，第一二极管的阳极接地，第二二极管的阴极连接NPN型三极管的集电 极，第二二极管的阳极连接第一二极管的阴极，第一二极管的阴极作为输出电流的正极，第 一二极管的阳极作为输出电流的负极。
[0008] 其中，上述波形改善模块包括第一施密特触发器和第二施密特触发器，第一施密 特触发器的输入端接PWM信号，它的输出端连接第二施密特触发器的输入端，第二施密特 触发器的输出端连接无源低通滤波模块的输入端。
[0009] 其中，上述无源低通滤波模块包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，第 一电阻的两端分别连接波形改善模块的输出端和第一电容的正极，第二电阻的两端分别连 接第一电容的正极和第二电容的正极，第二电容的正极还连接第一放大器的正输入端，第 一电容的负极和第二电容的负极均接地。
[0010] 其中，上述NPN型三极管的基极经第七电阻与第二放大器的输出端连接。
[0011] 其中，上述第一放大器和第二放大器的型号为LM258。
[0012] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0013] (1)本实用新型能够加强4-20mA恒流输出电路的抗干扰能力，同时提升电路的带 负载能力和稳定性，改善了驱动能力和精度。另外，本实用新型采用较常见的电子元件，成 本较低。
[0014] (2)本实用新型在PWM信号和低通滤波网络间增加施密特触发器，改善PWM波形， 使得波形的高电平为VCC，低电平为零。低通滤波电路采用二阶RC滤波，相比一阶RC滤波， 电路的幅频特性更好，过渡段更加陡峭，滤波效果比一阶好。在电流负反馈电路的输入端前 加电压跟随器，提高电路的带负载能力，有利于电流精度的稳定性。采用电流负反馈电路， 使得输出电流值只取决于外部电路参数，将运放内部参数对电路的影响降到了最低。采用 〇. 1 %的高精度电阻，提高了整个电路的稳定性和精度。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的电路图。
[0016] 标号说明：UlA :第一施密特触发器；UlB :第二施密特触发器；U2A :第一放大器； U2B :第二施密特触发器；Ql :NPN型三极管；Cl :第一电容；C2 :第二电容；Dl :第一二极管； D2 :第二二极管；Rl~R8 :第一~第八电阻。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0018] 如图1所示本实用新型的电路图，一种PWM控制的4-20mA恒流输出电路，包括波 形改善模块、无源低通滤波模块、电流负反馈模块、驱动模块和保护模块，所述波形改善模 块的输入端接PWM信号，所述无源低通滤波器的输入端连接波形改善模块的输出端，所述 电流负反馈模块包括第一放大器U2A、第二放大器U2B、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻 R5、第六电阻R6和第八电阻R8,第一放大器U2A的正输入端连接无源低通滤波器的输出