該電路為4-20mA電流環(huán)路提供靈活的故障保護(hù)。此外，它還包括用于恢復(fù)施加在環(huán)路上的數(shù)字信號(hào)（例如HART協(xié)議）的電路。

4-20mA 電流環(huán)路由控制端的電源和電流測(cè)量裝置以及感測(cè)過(guò)程變量信息（如溫度或壓力）并將其轉(zhuǎn)換為電流的現(xiàn)場(chǎng)變送器組成（圖 1）。大多數(shù)4-20mA工業(yè)環(huán)路由24VDC供電，但該電壓范圍為12V至36V。舊系統(tǒng)中的環(huán)路電壓可能更高。

圖1.4-20mA電流環(huán)路的基本架構(gòu)

許多此類應(yīng)用需要電流限制或故障保護(hù)，或兩者兼而有之。例如，由單個(gè)電源供電的多個(gè)回路之一中的短路或其他大電流故障可能會(huì)產(chǎn)生電源故障，從而使由該電源供電的所有發(fā)射器失效。另一方面，本質(zhì)安全回路包括一個(gè)屏障模塊，用于限制變送器的電流和電壓。故障保護(hù)源可以增加另一個(gè)級(jí)別的系統(tǒng)安全性。在每個(gè)環(huán)路上設(shè)置電流限制可以讓您準(zhǔn)確確定電源的尺寸，而不會(huì)過(guò)度指定。

圖2顯示了4-20mA環(huán)路的24VDC電源的一種靈活故障保護(hù)形式。還包括用于恢復(fù)疊加在該環(huán)路上的數(shù)字信號(hào)的電路。U1（帶有比較器和基準(zhǔn)電壓源的高邊電流檢測(cè)放大器）將R1中的環(huán)路電流檢測(cè)為8-40mV電壓，并將其放大100，產(chǎn)生0.8V至4V的輸出電壓范圍。該輸出（V外） 可以直接驅(qū)動(dòng)外部?jī)x表、帶狀圖記錄儀和 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入。

圖2.該電路為4-20mA電流環(huán)路提供故障保護(hù)和數(shù)字信號(hào)恢復(fù)。

所選的故障-電流跳變點(diǎn)（對(duì)于U1的內(nèi)部比較器#1）由R2-R3分壓器設(shè)置為0.6V。例如，設(shè)置50mA故障的跳變點(diǎn)可在R1和R2之間建立以下關(guān)系：

R2/（R1 + R2） = 0.6V/（R1*100*I故障） ==> R1 = 15.67*R2。

發(fā)生故障時(shí)，COUT1輸出采用高阻抗，并由R10拉高。同相級(jí)聯(lián)晶體管對(duì)Q2-Q3提供高環(huán)路電壓接口，同時(shí)保留適當(dāng)?shù)倪壿嫎O性以控制Q1柵極。Q1 保持關(guān)斷狀態(tài)，直到 U1 的比較器 #1 被按鈕 PB1 或其他復(fù)位信號(hào)復(fù)位。（要禁用此比較器的鎖存輸出，請(qǐng)將RESET#引腳接地。齊納二極管ZD1可保護(hù)Q1的柵源結(jié)免受過(guò)壓影響。

U2和相關(guān)電路可以通過(guò)調(diào)制恢復(fù)施加在4-20mA環(huán)路電流上的任何數(shù)字信息。例如，HART協(xié)議通常使用1200Hz和2400Hz之間的頻移鍵控（FSK）來(lái)調(diào)制±0.5mA電平之間的環(huán)路電流。（對(duì)于本電路，調(diào)制信號(hào)在V處外（U1 的引腳 2）為 ±0.1V。V外來(lái)自U1的電容耦合到U2，并由該器件放大以恢復(fù)此類數(shù)字信號(hào)。

U1包括第二個(gè)帶反相輸入的比較器，可用于消除U2數(shù)字信號(hào)輸出中的反轉(zhuǎn)。雖然不是必需的，但該比較器輸出（COUT2）也可以（如圖所示）將恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)呈現(xiàn)為干凈的矩形波形，用于驅(qū)動(dòng)外部電路。

審核編輯：郭婷