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（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量裝置以及感測過程變量信息（如溫度或壓力）并將其轉(zhuǎn)換為電流的現(xiàn)場變送器組成（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，由單個電源供電的多個回路之一中的短路或其他大電流故障可能會產(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)源可以增加另一個級別的系統(tǒng)安全性。在每個環(huán)路上設(shè)置電流限制可以讓您準(zhǔn)確確定電源的尺寸，而不會過度指定。

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)字信號的電路。U1（帶有比較器和基準(zhǔn)電壓源的高邊電流檢測放大器）將R1中的環(huán)路電流檢測為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)動外部儀表、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)字信號恢復(fù)。

所選的故障-電流跳變點(diǎn)（對于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，COUT1輸出采用高阻抗，并由R10拉高。同相級聯(lián)晶體管對Q2-Q3提供高環(huán)路電壓接口，同時保留適當(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)位信號復(fù)位。（要禁用此比較器的鎖存輸出，請將RESET#引腳接地。齊納二極管ZD1可保護(hù)Q1的柵源結(jié)免受過壓影響。

U2和相關(guān)電路可以通過調(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）來調(diào)制±0.5mA電平之間的環(huán)路電流。（對于本電路，調(diào)制信號在V處外（U1 的引腳 2）為 ±0.1V。V外來自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。

U1包括第二個帶反相輸入的比較器，可用于消除U2數(shù)字信號輸出中的反轉(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)字信號呈現(xiàn)為干凈的矩形波形，用于驅(qū)動外部電路。

審核編輯：郭婷