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PWM转4-20mA 或 0-5V隔离输出兼容设计

2025-03-15 15:16
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输出可变可控制PWM占空比 隔离型,0-20mA电流变送输出,包括0-10mA、4-20mA,还可以0-5V电压变送输出,精度可达0.5%温漂低,大批量生产过,电路稳定可靠。

电路图如下:24ec08f24b326498b5bd62d7b43ffd.jpgcf7adce9a408f2197323b87e7f391f.jpg电路解析:

输入为最左边的PWM和GND还有3.3V,通过光耦进行隔离到隔离侧,也就是通过光耦和431将PWM转化为隔离基准后的2.5V的PWM波,然后再经过二阶RC滤波转化为0~2.5V直流电压后给后级的运算放大器。

40236ee4b71ada7067506fbe57e3cc.jpg

基准后的PWM经过二阶RC滤波后,输出电压为Vref*D(Vref为431基准电压,D为PWM占空比),经过一个电压跟随器做阻抗变换(减小输出阻抗),然后再接到后级电流源电路。

564e7f980ac38e48effc1953f6e56f.jpg

再往后是一个howland电流源拓扑,使用了一个三极管进行扩流(运放输出电流有限,所以要加三极管扩流)。我们先看电流输出模式,那么就是按照图示接法,将4-20mA的负载电阻接到Rload处。

8f4460621266c66790bdbe16d04915.jpgHowland电流源仿真:

我们可以看到输出电流公式为:Iload = VIN/2*50Ω。当输入电压为1V时,输出电流为10mA左右。

15167c79a3c21a0ce812ce2d0d92a9.jpg那么下面是推导过程:
61251c59ab7b843a05e4186c684850.jpg0~5V输出:

电路中还有这么一句话:R212焊接时,输出4-20mA电流,不焊接时,输出0-5V电压。那么我们仿真中也去掉R212,可以看到,输出电压基本为3*VIN(在负载电阻很大的情况下)。比如下图,输入电压1V,输出电压为3V:

06b243a08e623e14e6ec10ce212f2d.jpg

由R211//R215很小,RLoad很大,所以推导过程均忽略掉了,推导过程如下:

102680e69d0ff6b6f8c7bd05d839d7.jpg

总结:可以用,精度要求不高的情况下还可以。这个0~5V,4~20mA的兼容设计挺好的,就是要注意0~5V输出时候的负载电阻不能太小(一般也不会很小)。

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