一种用于传感器输出4~20mA电流的采样电路的制作方法

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种用于传感器输出4~20ma电流的采样电路。

背景技术：

现有的传感器输出的电流型的采样电路如图1所示，根据应用需求，传感器输出4-20ma，经过采样电路后输出1-5v，决定采样电阻r1的阻值固定为250r不可调节。按照汽车行业标准要求，信号输入端需要能抵抗对电池短路而不损坏。当电流输入信号iinput对电池电压（32v）短路时，导致r1发热大（功率大于4w），再考虑到设计降额，r1需要采用大功率（8w以上）精密电阻，使得产品体积大、成本高，不满足客户要求。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种用于传感器输出4~20ma电流的采样电路，解决相关技术中存在的采样电阻体积大成本高的问题。

作为本实用新型的一个方面，提供一种用于传感器输出4~20ma电流的采样电路，其中，所述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路包括：第一二极管、第二二极管、开关管、第一电阻和第二电阻，

所述第一二极管的阳极连接传感器的输出端，用于输入4~20ma电流，所述第一二极管的阴极与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端连接信号地，所述开关管的驱动端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接蓄电池的电压端，所述开关管的驱动端连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述信号地，所述开关管的第二端为电压输出端。

进一步地，所述开关管包括nmos管，所述nmos管的第一端为漏极端，所述nmos管的第二端为源极端。

进一步地，所述第二二极管包括稳压二极管。

进一步地，所述电压输出端输出的电压范围为1v~5v。

通过上述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路，对于正常输入的4~20ma信号，r1上的电压小于5v，加载到开关管q1的控制极电压vgs大于开关管q1的开启电压vgs(plateau)，因此开关管q1导通，4~20ma的电流能正常输入到采样电阻r1上，当输入信号iinput对电池电压短路时，流经r1的电流迅速增加，导致开关管的控制信号迅速减小，到达米勒平台电压vgs(plateau)时，开关管从导通状态向关断状态切换，最终停留在中间的跨导区（线性放大区），此时，采样电阻r1上的电压为vz(d2)-vgs(plateau)，约在7~8v之间，约为短路电压32v的1/4，因此整个保护电路的发热减小到图1所示方案的1/4，同时短路状态下，采样电阻发热减小到图1所示方案的1/16，因此，上述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路不仅解决了电池短路时的发热问题，且采用的采样电阻体积小成本低，能够满足客户的需求。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术中的传感器输出的电流型的采样电路图。

图2为本实用新型提供的用于传感器输出4~20ma电流的采样电路的电路结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种用于传感器输出4~20ma电流的采样电路，图2是根据本实用新型实施例提供的用于传感器输出4~20ma电流的采样电路的电路结构图，如图2所示，包括：第一二极管d1、第二二极管d2、开关管q1、第一电阻r1和第二电阻r2，

所述第一二极管d1的阳极连接传感器的输出端，用于输入4~20ma电流，所述第一二极管d1的阴极与所述开关管q1的第一端连接，所述开关管q1的第二端与所述第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端连接信号地gnd，所述开关管q1的驱动端连接所述第二电阻r2的一端，所述第二电阻r2的另一端连接蓄电池的电压端vbat，所述开关管q1的驱动端连接第二二极管d2的阴极，所述第二二极管d2的阳极连接所述信号地gnd，所述开关管q1的第二端为电压输出端vout。

通过上述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路，对于正常输入的4~20ma信号，r1上的电压小于5v，加载到开关管q1的控制极电压vgs大于开关管q1的开启电压vgs(plateau)，因此开关管q1导通，4~20ma的电流能正常输入到采样电阻r1上，当输入信号iinput对电池电压短路时，流经r1的电流迅速增加，导致开关管的控制信号迅速减小，到达米勒平台电压vgs(plateau)时，开关管从导通状态向关断状态切换，最终停留在中间的跨导区（线性放大区），此时，采样电阻r1上的电压为vz(d2)-vgs(plateau)，约在7~8v之间，约为短路电压32v的1/4，因此整个保护电路的发热减小到图1所示方案的1/4，同时短路状态下，采样电阻发热减小到图1所示方案的1/16，因此，上述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路不仅解决了对电池短路时的发热问题，且采用的采样电阻体积小成本低，能够满足客户的需求。

具体地，所述开关管q1包括nmos管，所述nmos管的第一端为漏极端，所述nmos管的第二端为源极端。

优选地，所述第二二极管d2包括稳压二极管。

具体地，所述电压输出端vout输出的电压范围为1v~5v。

下面结合图2对本实施例提供的用于传感器输出4~20ma电流的采样电路的工作原理进行详细说明。

如图2所示，4~20ma的电流信号iinput输入到第一二极管d1的正极，d1的负极连接到nmos管q1的漏极。q1的源极连接到采样电阻r1的一端，r1的另一端接地。q1的栅极连接到r2的一端和稳压二极管d2的负极，r2的另一端接蓄电池电压vbat，d2的正极接地。

上述用于传感器输出4~20ma电流的采样电路的参数满足以下条件：

vz(d2)=vgs+r1*ipr(th)，

其中，vz(d2)表示稳压二极管d2的额定稳定电压，vgs表示nmos管的控制极电压，ipr(th)表示触发保护的过电流阈值（超过20ma一定余量，例如取30ma）；

对于正常输入的4~20ma信号，r1上的电压小于5v，加载到nmos管q1的控制极电压vgs大于nmos管q1的开启电压vgs(plateau)，因此nmos管q1导通，4~20ma的电流能正常输入到采样电阻r1上。

当输入信号iinput对电池电压短路时，流经r1的电流迅速增加，

vgs↓=vz(d2)-r1*iinput↑，

导致nmos管的控制信号迅速减小，到达米勒平台电压vgs(plateau)时，nmos管从导状态向关断状态切换，最终停留在中间的跨导区（线性放大区），此时，采样电阻r1上的电压为vz(d2)-vgs(plateau)，约在7~8v之间，约为短路电压32v的1/4，因此整个保护电路的发热减小到图1方案的1/4；同时短路状态下，采样电阻发热减小到图1所示方案的1/16，因此可以采用体积更小、成本更低的采样电阻r1。

另外，在本实施例中，nmos管本身参与了反馈控制，能够更直接且更连续的控制信号电压vgs。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。