[实用新型]一种用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种保护电路，特别涉及一种用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路。

背景技术

工业应用中，为了克服干扰对信号的影响，通常采用4-20mA电流来传输信号。然而，实际应用过程中，难免会因误操作将系统的12V或24V电压信号接入到输入信号端子，或因信号源故障输出大电流，或信号线遭受雷击将高电压耦合到输入信号端子，导致信号输入设备被烧毁，信号采集设备失灵，严重时会导致整个系统瘫痪，造成直接或间接的经济损失。

为了避免过流过压，有些加入了独立的输入保护模块。比如图1所示（专利号：200810301869.4），输入电压通过电阻R1、R2分压到电压比较器U1中，U1的输出信号到后面的开关电路，出现过压信号时关断后级的5V_SB信号。有些如图2所示利用LM317L实现过电流过电压保护：电流从VI流入到LM317L，从Output引脚流出到R1，由于内部Adjustment引脚上的电压被限制在1.25V，则LM317L的输出的电流被限制在Ilimit=1.25/R1，使电流被限制在1.25/R1以内。

但这些保护电路对过电压和过电流保护的功能有限，且对电路的输入阻抗影响较大，容易造成输入信号的采集精度变差、输入阻抗变大的不良影响。比如图1中，前端电阻分压采样和后面的开关电路是相互独立的级联关系，关断的也只是后级电路，没有在过电压信号的接入端断开电路，如果有非常高的电压长时间接入，保护电路作用后，由于没有断开外部电压的接入，大电流通过Q1，很可能烧坏Q1，最终失去保护功能。而如图2所示的电路中，此方案仅仅依靠LM317L的自身的1.25V电压限制实现限流功能，当输入Input端接入过高电压，超出了芯片LM317的承受范围，则LM317L本身将会被损坏，最终也将失去保护功能，同时，因LM317L内部电路影响，使输入电路阻抗表现为非线性，输入电路阻抗最大会超过300欧姆。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，在工业现场4-20mA电流信号采集应用中，有时因误操作或信号源故障，或信号中耦合到瞬时过电压信号，使输入信号产生过电压或过电流信号，从而导致4-20mA电流输入设备故障。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路，包括：

滤波整流模块：滤除输入信号中的瞬时过电压脉冲信号，并防止信号反接；

开关控制模块：接收所述滤波整流模块输出的电流信号并控制该电流信号的通断；

电压采集模块：将来自开关控制模块的电流信号转化成对应的电压信号；以及

信号监测模块：监视电压采集模块采集到的电压信号，并与预设阈值电压比较，如果超过预设电压阈值，则立即控制所述开关控制模块断开电流回路。上述的用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路，其中，所述滤波整流模块包括双向TVS管D1、滤波电容C1和防反接二极管D2，所述双向TVS管D1与滤波电容C1并联后连接到防反接二极管D2的正极。

上述的用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路，其中，所述开关控制模块为MOS管Q1，所述电压采集模块为采样电阻R3，所述信号监测模块包括电压比较器U1、分压电阻R1以及分压电阻R2；所述MOS管Q1的漏极连接到防反接二极管D2的负极，所述MOS管Q1的栅极连接到电压比较器U1的输出端，所述MOS管Q1的源极则连接到采样电阻R3，同时连接到电压比较器U1的反向输入端，所述电压比较器U1的正向输入端则同时连接到电阻分压电阻R1和分压电阻R2的一端，所述分压电阻R1的另一端连接到电源端V_Set，所述分压电阻R2的另一端连接到接地端GND。

上述的用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路，其中，所述MOS管Q1为N沟道增强型MOS管。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的用于4-20mA电流输入电路的过电流过电压保护电路，通过滤波整流模块、电压采集模块、开关控制模块和信号监测模块实现过电流、过电压的保护功能；本保护电路对输入信号影响小，对输入电流的误差影响最大小于1uA；保护电路对输入电路的阻抗影响很小，使输入电路能够保持低输入阻抗，对信号源的要求较低；响应速度快，输入信号出现过电流过电压信号时，瞬间彻底断开输入回路，使过电流过电压信号与被保护系统隔离，有效保护后级电路，可靠性高；同时可有效防止雷击或瞬间过电压脉冲干扰信号输入到后级电路；本电路使用元器件简单，实施成本低廉。

附图说明