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4-20mA电流环隔离方案.doc

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简介：
本文档探讨了4-20mA电流环在工业自动化应用中的隔离解决方案，包括电路设计、元器件选型及实际案例分析。 4-20mA电流环的隔离是指在信号传输过程中加入隔离措施，以防止不同设备之间的电气干扰或共地回路问题。这种技术可以确保数据准确无误地传递，并提高系统的稳定性和安全性。常用的隔离方法包括使用变压器、光耦合器等元件实现电信号和电源之间的物理隔断。

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  • 4-20mA电流环隔离方案.doc
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    本文档探讨了4-20mA电流环在工业自动化应用中的隔离解决方案，包括电路设计、元器件选型及实际案例分析。 4-20mA电流环的隔离是指在信号传输过程中加入隔离措施，以防止不同设备之间的电气干扰或共地回路问题。这种技术可以确保数据准确无误地传递，并提高系统的稳定性和安全性。常用的隔离方法包括使用变压器、光耦合器等元件实现电信号和电源之间的物理隔断。
     
  • MODBUS至4-20mA电流环转换器（RS232含2KV隔离）
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    这款MODBUS至4-20mA电流环转换器配备RS232接口和高达2KV的电气隔离，适用于远程数据采集与传输，确保信号稳定及设备安全。 1. 供电防反接功能； 2. RS232隔离设计； 3. 精确的4－20mA接口； 4. 支持MODEBUS协议或自定义协议的数据通信出口； 5. 工业级产品设计；
     
  • 0-5V/0-10V/0-20mA/4-20mA采集及0-20mA/4-20mA信号隔离输出电路设计-电路方案
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    本项目专注于多种模拟信号（包括电压和电流类型）的采集与处理，提供详细的0-5V、0-10V、0-20mA以及4-20mA信号的隔离输出电路设计方案。 采用上海客益电子有限公司的APC&PAC芯片可以实现0-5V/0-10V/0-20mA/4-20mA信号向0-20mA/4-20mA转换，内置隔离电源，隔离度达到1500VDC。具体原理是利用GP9303-F1K-N-SW芯片来采集和处理0-5V、0-20mA以及4-20mA的信号；使用GP9301BXI-F1K-N-SW芯片对0-10V信号进行采集。这些信号随后被转换成PWM信号，通过光耦实现隔离，并在后级利用GP8102-F50-NHF-SW芯片将PWM信号还原为所需的电流输出（即0-20mA或4-20mA）。该方案中包含了一个开环反激的隔离变压器设计。
     
  • 隔离式4~20mA PWM输出电路
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    简介：该电路为一种隔离式的电流输出模块，能够将PWM信号转换成工业标准的4-20mA电流信号。此设计具有高精度、稳定性强和抗干扰能力出色的特点，适用于远程数据传输与控制领域。 设计一种PWM输出4~20mA恒流电路，并且具有隔离功能以增强抗干扰能力。在进行信号隔离前需要加入电压跟随电路作为前置处理。
     
  • 0-5V/0-10V/0-20mA/4-20mA信号采集与电容隔离 输出0-5V/0-10V隔离信号-电路设计方案
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    本方案设计用于采集0-5V、0-10V及0-20mA、4-20mA信号，并通过电容隔离技术输出安全的0-5V或0-10V信号，确保信号传输的安全性和稳定性。 上海客益电子有限公司的APC&PAC芯片能够实现0-5V、0-10V以及0-20mA/4-20mA信号到0-5V或0-10V之间的转换，内置隔离电源且隔离度达到1500VDC。该技术采用电容隔离方法来确保信号的准确传输。 具体而言，使用APC（GP9303M-F1K-N-SW）芯片进行对0-5V和0-20mA/4-20mA范围内的信号采集；而利用APC（GP9301BXIM-F1K-N-SW）芯片来处理0-10V的信号。在内部，这些信号被高频调制并通过电容隔离技术传输至解调阶段，其中通过使用GP8101M-F50-N-SW芯片进行解码，并根据占空比还原出所需的输出电压。 整个电路设计中加入了一级电压跟随器以增强其抗干扰性能。相较于光耦隔离方式，采用Y电容的电容隔离技术能够提供更高的耐压等级和更精确无失真的信号传输能力，同时还能降低系统成本并突破传统光耦在物理层面的一些限制。 此外，方案还包含了一个开环反激式变压器设计用于实现电力供应功能。GP6300芯片可为该电路提供1W至2W的电源输出功率以支持整个系统的正常运作。
     
  • 4～20mA隔离输出原理图
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    本资源提供4～20mA信号隔离输出电路的工作原理详解及电路图，适用于工业自动化控制系统中数据传输与信号隔离需求。 4～20mA的输出电路采用DA电路驱动，并通过线性光耦实现驱动端与输出端之间的隔离。隔离部分由运放和LDO组成，用于供电及电流控制功能。
     
  • 4-20mA电流环系统在工业控制中的电路方案
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    本文章介绍4-20mA电流环技术在工业自动化控制系统中的应用，涵盖信号传输、设备间通信及安全稳定性等方面的具体电路设计与实现方法。 4-20mA电流环是工业传感器系统中的主导标准，因为其配置简便且连接方式简单。它比其他信号需要更少的布线及接线，从而降低了系统的总体成本。此外，在大空间的应用场景中，这种技术更适合远距离传输，由于电流不像电压那样容易衰减。 这一组合提供了一种可行的接收器解决方案，包括瑞萨精密数字电源监视器（DPM）、稳定的电源和基于Arm Cortex-M23架构且具有低功耗处理能力的RA2A1微控制器。该系统的优势在于： - 瑞萨 RA2A1 Arm Cortex-M23 微控制器具备低能耗及信号处理功能。 - 使用 ISL28022 进行精密数字电源监控，电流消耗较低。 - 采用瑞萨ISL80101A提供稳定电压，适用于低噪声和高 PSRR 应用。
     
  • 隔离式双通道4到20mA模拟输入参考设计—电路解决方案
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    本设计提供了一种隔离式双通道4至20mA模拟输入方案，旨在增强工业应用中的信号传输可靠性与精度。通过优化电路结构，有效解决了长距离信号传输过程中的干扰问题，确保了数据的稳定性和准确性。 TIDA-00548 设计是一种隔离式双通道 4 到 20mA 模拟输入参考设计，适用于功能安全可编程逻辑控制器 (PLC) 的子部件。此参考设计采用32位高性能模数转换器(ADC)，以提供数字化的输入值。使用具备锁步技术和内置自检(BIST)功能的基于RM4x双核ARM Cortex-R4的CPU来比较最多九条可选择模拟输入信号链路径的转换值。通过两个单独负载电阻器实现对单个 4 到 20mA 环路或两个独立环路进行冗余测量。 该设计使用了Hercules RM ARM Cortex-R MCU（SafeTI 设计包的一部分），以支持根据 IEC 61508 SIL 3 标准开发系统。特点包括双通道4到20mA电流测量，提供小于±0.01%的满量程误差；两个ADC参考源（外部和内部）以及利用ADC内置功能如测试DAC、次级ADC、模拟信号电平警报等。 设计中的隔离器在出现故障时会关闭，并向后端发出可靠的通知。所有集成电路的平均无故障时间(MTBF)大于410^8，确保了系统的高可靠性。
     
  • 4-20mA电流环路系统中废能利用的电源技术方案
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    本技术方案探讨在4-20mA电流环路系统中的能源有效利用策略，涵盖多种电源技术的应用与优化，旨在提升系统的能效及稳定性。 4-20mA电流环路系统是工业自动化领域广泛使用的一种通信协议，尤其适合远程传输温度、压力等过程变量的测量数据。这种系统的优点在于其稳定性、抗干扰能力和安全性。由于采用较低水平的电流设计，该系统能够在不造成数据损失的情况下实现远距离传输，并且功耗也相对较小。 在传统的4-20mA电流环路系统中，未被利用的能量通常会在发送器内部以热能形式损耗掉。然而，随着现代集成电路技术的发展，这部分能量现在可以得到有效利用，为系统的其他功能提供必要的电力支持，从而提高了整体的能源效率。一个典型的4-20mA系统包括一个半稳压式24V DC电源同时向电流环路和发送器组件供电。发送器将测量到的重要信号（如温度或压力）转化为比例于该值的2-20mA电流，并通过线路传输至接收机。随后，接收机中的电阻会将此电流转换为电压形式，再由模数转换器读取并进一步处理。 这种4-20mA系统的设计具有以下优点： 1. 简单性：只需要电源、发送器、传输线和接收机即可组成完整的通信链路。 2. 抗干扰能力：由于环路的封闭特性，电流在整个回路中保持一致，这增强了其抗噪声的能力。 3. 安全性保障：最低4mA的电流信号确保了系统的安全性。当发生故障或断开连接时，接收机无法读取到有效的电流值，从而能够及时识别问题的存在。 4. 成本效益和安全隔离：允许较大的压降意味着可以使用低成本线缆实现传输，并且保持物理上的电气隔离以保障控制室内的操作人员的安全。 为了进一步提升系统的能源效率，可以通过改进基本的4-20mA电流环路系统来利用多余的能量。例如，在环路中插入电源将多余的电压转换为有用的输出功率是一种常见的方法。接收机电路可以使用这部分电压而无需额外供电装置支持。这通常涉及到电平位移电路以适应不同的参考点，如采用TI公司的INA138等高端分流监测器来有效减少电阻上的压降损失。 此外，设计的电源应当能够提供稳定的输出（例如3.3V），用于驱动低功耗设备，比如MSP430微处理器或CC430系列中的低能耗无线射频器件。该电源需要适应从4mA到20mA范围内的电流变化，并且在启动过程中能处理短暂的高功率需求而不超出环路提供的能量限制。 通过优化和创新技术的应用，可以更好地利用系统中产生的能源，从而提高整个系统的效率与可持续性。
     
  • 电压和电流采集（0-5V，0-10V，0-20mA，4-20mA）及电容隔离输出（0-5V，0-10V）的原理图与PCB设计
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    本项目专注于设计用于电压和电流采集及其电容隔离输出的电路板。涵盖信号范围包括0-5V、0-10V、0-20mA及4-20mA，并详细介绍其原理图及PCB布局。 本设计采用APC GP9303M-F1K-N-SW芯片来采集0-5V/0-20mA/4-20mA信号，并使用APC GP9301BXIM-F1K-N-SW芯片来收集0-10V信号。接下来，这些信号在芯片内部进行高频调制，经过电容隔离后传输至GP8101M-F50-N-SW芯片解调。最后通过分析占空比将信号还原为0-5V/0-10V形式。