[发明专利]高精度4-20mA电流信号采集电路

说明书

本发明公开了一种高精度4‑20mA电流信号采集电路，该电路包括防反接模块，用于防止信号反接；电流旁路模块，用于接收所述防反接模块输出的电流信号且转化为对应的电压信号，并通过判断该电压信号是否超过预设电压阈值，控制电流的分流，保护后端电路；信号采集模块，用于采集上述电压信号；补偿和校正模块，用于对电压信号进行补偿和校正。本发明通过防反接模块、电流旁路模块、信号采集电路实现过电流、过电压的保护功能，通过补偿和校正模块实现信号的补偿和校正。本保护电路对输入信号影响小，对电流输入信号采集最大误差小于1uA；输入信号出现过大电压或大电流信号时，使过输入电路信号与被保护系统隔离，有效保护后级电路，可靠性高。

技术领域

本发明属于信号采集领域，特别涉及一种高精度4-20mA电流信号采集电路。

背景技术

工业应用中，使用电压传输信号会出现衰减并容易受到干扰，通过电流来传输信号不会因为距离长而出现衰减的情况，4-20mA的电流信号一种标准的工业控制领域应用的信号传输方式，在调试和使用过程中容易将外部的电源电压直接或者反接接入信号采集电路导致信号采集端的电路受损，造成经济损失和安全事故。

对此常规措施为保护电路，如图1所示(专利号：CN 103618285)，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。其优点是输入超过预设阈值可以断开电路，缺点为电路处于不停的打开和断开过程，不利于信号采集。专利CN102842883A“电源过流保护电路”中描述了一种可以实现电源在发生输出过流或短路故障的情况下，快速的彻底截断输出电流，限制电源过流或短路故障时释放的能量，故障解除时，具有自恢复功能的电路。其优点是结构简单，但这些保护电路会存在漏电流的情况导致信号采集精度下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度4-20mA电流信号采集电路，在保护电路的同时实现高精度采集。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高精度4-20mA电流信号采集电路，所述电路包括：

防反接模块，用于防止信号反接；

电流旁路模块，用于接收所述防反接模块输出的电流信号且转化为对应的电压信号，并在判断到该电压信号超过预设电压阈值时，控制电流的分流，保护后端电路；

信号采集模块，用于采集上述电压信号；

补偿和校正模块，用于对所述电压信号进行补偿和校正。

进一步地，所述防反接模块包括第一PMOS管、二极管、第一电阻、第二电阻，所述第一PMOS管的漏极D连接电流输入端，源极S连接第二电阻的一端，栅极G通过第一电阻连接电流输出端；所述二极管的负极连接第一PMOS管的源极S，正极连接第一PMOS管的栅极G。

进一步地，所述电流旁路模块包括第三电阻、运算放大器、第二MOS管和电压基准源VREF；所述第三电阻的两端分别连接第二电阻的另一端和所述电流输出端；所述运算放大器的反向输入端连接第三电阻和第二电阻的公共端，正向输入端连接电压基准源VREF，输出端连接第二MOS管的栅极G，第二MOS管的漏极D和源极S分别连接运算放大器的反向输入端和所述电流输出端；所述第三电阻接收所述防反接模块输出的电流信号并将其转化为对应的电压信号，运算放大器实时监测所述电压信号并与预设阈值电压进行比较，若电压信号超过预设电压阈值，则立即打开第二MOS管，让电流从第二MOS管流过，对流经第三电阻的电流进行分流，降低第三电阻处的电压。

进一步地，所述信号采集模块包括ADC信号采集电路，用于采集所述第三电阻上的电压信号。

进一步地，所述防反接模块、电流旁路模块存在漏电流，需要通过补偿和校正模块对漏电流进行补偿，补偿公式为：

I_IN＝I_Q+I_R3