[发明专利]一种工业模拟量电流信号采集电路保护装置

说明书

本发明公开了一种工业模拟量电流信号采集电路保护装置，包括外界输入的电流信号AI正端和GND端、前端保护电路、采样电阻、后端保护电路、运算放大器和模数转换器，前端保护电路包括保险管、开关二极管和TVS管，所述后端保护电路包括限流电阻、双向开关二极管、稳压二极管，通过保险管、TVS管、稳压管等保护器件的组合实现了对正向输入电流150mA内、反向输入电流150mA内、正向输入电压30V内、反向输入电压30V内、瞬态高脉冲电压输入进行有效保护，完成对后端采样电路全面有效保护；在对电路进行保护时，不会损坏保护器件，不需要在进行保护功能后更换保护器件，本发明电路简单，可移植性强，可推广到多种信号采集系统中。

技术领域

本发明涉及采集保护装置，具体涉及一种工业模拟量电流信号采集电路保护装置。

背景技术

在工业控制现场技术领域，例如发电厂、炼油厂、钢铁厂等，连接现场温度、压力、湿度等状态信号和控制管理室，需要模拟量信号的采集转换装置，目前国际上标准的使用场景是，工业现场温度、湿度、压力等传感器将对应状态转换为4-20mA的模拟量电流信号，位于工业现场与控制室中间位置的DCS、PLC等系统，通过电流信号采集装置将电流信号转换为数字量信号并通过工业通信总线上传到控制室，以便进行后续监控、管理工作。模拟量电流信号采集电路通常由采样电阻、高精度运算放大器、高精度模数转换器(ADC)、数字隔离芯片构成，由于高精度运算放大器、高精度ADC等关键器件容易受到外界复杂电磁环境的干扰及破坏，因此，在采集电路前端需要设计对应的保护电路，通过保护电路消减、隔离外界破坏性信号，避免后端高精度运放及ADC受损，避免整个采集通道的功能被损坏。

目前工业模拟量信号采集电路通常通过在输入端设计一个保险管及瞬态抑制器(TVS管)来进行保护，能够对输入端电流正向增大及瞬态电压增大进行有效的保护，但是，在实际应用中，还可能出现其它故障现象，该保护电路没法进行有效全面保护，导致后端采集电路受到损坏，现有技术不能对外界输入电流反接、外界输入持续施加正向大电压、外界输入持续施加了反向大电压等进行有效的保护，现有技术没法对后端采集电路进行全面有效的保护，在复杂的工业现场环境中，很容易导致后端的高精度运放、高精度ADC受到损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对后端采集电路进行全面有效的保护，目的在于提供一种工业模拟量电流信号采集电路保护装置，解决外界输入电流反接、外界输入持续施加正向大电压、外界输入持续施加了反向大电压导致高精度运放、高精度ADC受到损坏的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

当前工业模拟量信号采集电路通常通过在输入端设计一个保护电路包括保险管及瞬态抑制器(即TVS管)来进行保护，装置具体结构为，外界输入的电流信号AI正端连接到保险管，GND端连接到系统地，保险管另一端连接到TVS管，TVS管另一端与地连接，保险管输出信号同时连接到采样电阻，通过采样电阻将电流信号转换为电压信号，转换后的电压信号进入运算放大器，进行信号调理放大，经过运算放大器输出端进入模数转换器，进行信号采集转换。运算放大器和模数转换器组成电流信号采集功能电路，是需要被保护的后端采集电路，能够承受的最大电压为5.5V。该设计的保护功能主要通过保险管和TVS管实现，在外界输入电流过大时保险管产生熔断动作，将外界输入与后端采集电路断开；在外界产生瞬态大电压并施加到输入端口上时，TVS管能够瞬间导通，将瞬态大电压进行泄放，起到保护后端采集电路的作用。上述装置能够对输入端电流正向增大及瞬态电压增大进行有效的保护。