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PWM轉4-20mA 或 0-5V隔離輸出兼容設計

這個是在小黃魚上看到的電路圖,賣家寫的內容為:

輸出可變可控制PWM占空比 隔離型,0-20mA電流變送輸出,包括0-10mA、4-20mA,還可以0-5V電壓變送輸出,精度可達0.5%溫漂低,大批量生產過,電路穩定可靠。

電路圖如下:

電路解析:

輸入為最左邊的PWM和GND還有3.3V,通過光耦進行隔離到隔離側,也就是通過光耦和431將PWM轉化為隔離基準后的2.5V的PWM波,然后再經過二階RC濾波轉化為0~2.5V直流電壓后給后級的運算放大器。

基準后的PWM經過二階RC濾波后,輸出電壓為Vref*D(Vref為431基準電壓,D為PWM占空比),經過一個電壓跟隨器做阻抗變換(減小輸出阻抗),然后再接到后級電流源電路。

再往后是一個howland電流源拓撲,使用了一個三極管進行擴流(運放輸出電流有限,所以要加三極管擴流)。我們先看電流輸出模式,那么就是按照圖示接法,將4-20mA的負載電阻接到Rload處。

Howland電流源仿真:

我們可以看到輸出電流公式為:Iload = VIN/2*50Ω。當輸入電壓為1V時,輸出電流為10mA左右。

那么下面是推導過程:

0~5V輸出:

電路中還有這么一句話:R212焊接時,輸出4-20mA電流,不焊接時,輸出0-5V電壓。那么我們仿真中也去掉R212,可以看到,輸出電壓基本為3*VIN(在負載電阻很大的情況下)。比如下圖,輸入電壓1V,輸出電壓為3V:

R211//R215很小,RLoad很大,所以推導過程均忽略掉了,推導過程如下:

總結:可以用,精度要求不高的情況下還可以。這個0~5V,4~20mA的兼容設計挺好的,就是要注意0~5V輸出時候的負載電阻不能太小(一般也不會很小)。

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