CN205721471U - 一种带自诊断功能的电流输出*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带自诊断功能的电流输出***，其中，电压电流转换模块包括转换电阻模块、负载阻抗、运算放大器和电压调整管，转换电阻模块由多个转换电阻串联构成，内部回路模块并联于负载阻抗两端，电压电流转换模块将待转换电压信号转换为电流信号；电流检测模块检测当前实际输出电流是否按预设值输出；反馈电压输出模块获取电压电流转换模块中电压调整管两端的当前电压，并依据当前电压生成反馈电压；可调电压输出模块接收并依据反馈电压生成相应调节电压使电压调整管两端的当前电压处于预设范围。通过上述各模块构成的***能够解决现有模拟量电流输出***诊断不全面的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化及仪器仪表领域，更具体地说，涉及一种带自诊断功能的电流输出***。
背景技术
模拟量电流输出***常用于对生产现场及公用工程的执行机构的驱动控制，若输出电流失控，轻者导致工业控制***性能降低、甚至功能丧失，重者造成工业现场仪表失控，发生火灾、***，造成人员伤亡，危及公众生活和国家安全，这就要求电流值精确地按预定值进行输出。因此，模拟量电流输出***能准确、快速地检测到输出电流故障，从而启动故障响应机制保障控制***的稳定对工业生产安全非常重要。
现有技术的大部分模拟量电流输出***自身很少有诊断功能，很多都借助模拟量电流输出***采样进行反馈调节，此方案故障响应周期过长；个别有自诊断功能的模拟量电流输出***，诊断覆盖率不高，对个别关键器件及内外部故障诊断不到位，容易出现误报警或不报警的情况。
因此，当前亟需一种带自诊断功能的模拟量电流输出***，以解决现有模拟量电流输出***诊断不全面的问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种带自诊断功能的电流输出***，以对***内器件进行全面诊断，其实现方法简单、成本低廉、具有很强的实用意义。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种带自诊断功能的电流输出***，包括：电压电流转换模块、电流检测模块、反馈电压输出模块、可调电压输出模块和内部回路模块；
所述电压电流转换模块包括转换电阻模块、负载阻抗、运算放大器和电压调整管，所述转换电阻模块由多个转换电阻串联构成，所述内部回路模块并联于所述负载阻抗两端，所述电压电流转换模块的输入端接收待转换的电压信号，将所述电压信号转换为电流信号；
所述电流检测模块的第一输入端和第二输入端分别连接于所述转换电阻模块的两端，通过采集所述转换电阻模块两端的当前电压检测当前实际输出电流是否按预设值输出；
所述反馈电压输出模块的第一输入端与所述电压调整管的第一端连接，第二输入端与所述电压调整管的第二端连接，获取所述电压调整管两端的电压差，并依据获取的所述电压差生成反馈电压，所述反馈电压输出模块的输出端与所述可调电压输出模块的输入端连接，将所述反馈电压发送至所述可调电压输出模块；
所述可调电压输出模块的供电段接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块连接，将接收到的所述反馈电压输出模块发送的所述反馈电压生成相对应的调节电压，并将所述调节电压输入到所述电压调整管中调节所述电压调整管两端的所述电压差处于预设范围。
优选的，所述电压调整管包括：MOS管。
优选的，所述电压电流转换模块包括：运算放大器、N沟道MOS管、负载阻抗和转换电阻模块。
优选的，所述电压电流转换模块包括：第一运算放大器、N沟道MOS管、第一转换电阻、连接电阻、第二运算放大器、转换电阻模块、P沟道MOS管和负载阻抗。
优选的，所述内部回路模块包括：内部回路。
优选的，所述***还包括：控制器。
优选的，所述转换电阻模块包括两个串联的转换电阻。
优选的，所述转换电阻模块中的所述转换电阻为精密电阻。
从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种带自诊断功能的电流输出***在现有模拟量电流输出技术基础上，优化了转换电阻模块、设计了并联于负载阻抗的内部模块，配合电流检测模块，实现***内器件的故障 诊断，能区分出***内部故障和负载阻抗故障，且实现方法简单、成本低廉，具有很强的实用意义。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一公开的一种带自诊断功能的电流输出***的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二公开的一种带自诊断功能的电流输出***的结构示意图；
图3为本实用新型实施例三公开的一种带自诊断功能的电流输出***的结构示意图；
图4为本实用新型内部回路模块的结构示意图；
图5为本实用新型转换电阻模块的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
本实用新型实施例一公开了一种带自诊断功能的电流输出***，其结构示意图如图1所示，包括电压电流转换模块101、电流检测模块102、反馈电压输出模块103、可调电压输出模块104、和内部回路模块105；
所述电压电流转换模块101包括转换电阻模块(图1中未示出)、负载阻抗(图1中未示出)、运算放大器(图1中未示出)和电压调整管(图1中未示 出)，所述转换电阻模块由多个转换电阻(图1中未示出)串联构成，所述内部回路模块105并联于所述负载阻抗两端，所述电压电流转换模块101的输入端接收待转换的电压信号，将所述电压信号转换为电流信号；
所述电流检测模块102的第一输入端和第二输入端分别连接于所述转换电阻模块的两端，通过采集所述转换电阻模块两端的当前电压检测当前实际输出电流是否按预设值输出；
所述反馈电压输出模块103的第一输入端与所述电压调整管的第一端连接，第二输入端与所述电压调整管的第二端连接，获取所述电压调整管两端的电压差，并依据获取的所述电压差生成反馈电压，所述反馈电压输出模块103的输出端与所述可调电压输出模块104的输入端连接，将所述反馈电压发送至所述可调电压输出模块104；
所述可调电压输出模块104的供电段接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块101连接，将接收到的所述反馈电压输出模块103发送的所述反馈电压生成相对应的调节电压，并将所述调节电压输入到所述电压调整管中调节所述电压调整管两端的所述电压差处于预设范围。
在本实用新型实施例公开的带自诊断功能的电流输出***中，优选的，电压调整管可以具体为MOS管。
本实用新型实施例公开的一种带自诊断功能的电流输出***，电压电流转换模块的输入端接收待转换的电压信号，将接收到的电压信号转换为电流信号；电流检测模块输入端与电压电流转换模块连接，采集电压电流转换模块中转换电阻模块的转换电阻两端电压检测当前输出电流是否按预设值输出；反馈电压输出模块输入端与电压电流转换模块连接，获取电压电流转换模块中电压调整管两端的电压差，并根据获取的电压差生成反馈电压，反馈电压输出模块输出端与可调电压输出模块连接，将生成的反馈电压发送至可调电压输出模块；可调电压输出模块供电端接入供电电压，输出端和电压电流转换模块连接，将根据反馈电压生成的调节电压发送至电压调整管中调节电压差处于预设范围。可见该电流输出***可进行自诊断，实现对***内器件的故障诊断，并区分出内部故障和负载阻抗故障，且实现方法简单、成本低廉，具有很强的实用意义。
实施例二
结合上述实用新型实施例一附图1公开的一种带自诊断功能的电流输出***，本实用新型实施例二还提供一种带自诊断功能的电流输出***，其结构示意图如图2所示：
其中，所述电压电流转换模块101包括：运算放大器1011、N沟道MOS管1012、转换电阻模块1013和负载阻抗1014；
所述运算放大器1011的同相输入端为电压信号输入端；
所述转换电阻模块1013一端与所述N沟道MOS管1012的源极相连，另一端与接地电压相连，所述转换电阻模块1013采集电路上的电流通过负反馈发送至所述运算放大器1011的反相输入端；
所述运算放大器1011的输出端与所述N沟道MOS管1012的栅极连接；
所述N沟道MOS管1012的漏极与所述负载阻抗1014连接；
所述内部回路模块105并联于所述负载阻抗1014两端。
在本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，优选的，如图2所示，所述内部回路模块105(具体结构如图4所示)主要包括：内部回路(图4中未示出)，所述内部回路由单向开关1051构成，所述单向开关1051的固定端S1与所述负载阻抗1014的一端连接，所述单向开关1051的活动端S2与所述负载阻抗1014的另一端连接；优选的，所述转换电阻模块1013(具体结构如图5所示)包括两个串联的转换电阻(具体结构如图5所示)；优选的，所述转换电阻为精密电阻。
本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，两个转换电阻R1或R2两端电压(S3、S4或S4、S5)均可以用于电流检测模块的采样，考虑到同型号电阻特性的一致性，优选的，选择不同阻值的电阻，这样可以减少两个电阻同时损坏的风险。
进一步的，考虑到电流检测模块的检测能力，优选的，两个转换电阻阻值不应过小，可以取值的范围为：每个转换电阻的阻值大于20欧姆，两个转换电阻的和在100欧姆左右，当任意电阻出现阻值变化时，均能通过电流检测模块采样到，因此消除了现有技术中转换电阻损坏时诊断的盲点。
在本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，优选的，如图2所示，还包括：控制器106；所述控制器106的控制端与所述内部回路模块105(具体结构如图4所示)中所述的单向开关1051的活动端S2连接，若所述电流检测 模块102通过获取所述转换电阻模块1013两端的当前电压差检测到当前实际输出电流未按预设值输出，所述控制器106控制所述单向开关1051的活动端S2与所述单向开关1051的固定端S1连接，构成回路。
本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，控制器可自动控制单向开关的通断，当电流检测模块检测到电流正常输出情况下，控制器控制单向开关断开，电流正常流经负载阻抗；当电流检测模块检测到电流不正常时，控制器可以提供一个短暂的脉冲使单向开关的活动端和固定端连接，使负载阻抗短路，电流检测模块再检测回路电流，若此时检测到电流正常，则说明电流异常由负载阻抗引起，否则为内部故障。
综上所述，本实用新型公开的一种带自诊断功能的电流输出***，电压电流转换模块中运算放大器的同相输入端接收待转换的电压信号，转换电阻模块一端与N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，转换电阻模块采集电路上端的电流通过负反馈发送至运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端与N沟道MOS管的栅极相连，N沟道MOS管的漏极与负载阻抗连接，内部回路模块并联于负载阻抗两端；电流检测模块输入端与电压电流转换模块连接，采集电压电流转换模块中转换电阻模块的转换电阻两端电压检测当前输出电流是否按预设值输出；反馈电压输出模块输入端与电压电流转换模块连接，获取电压电流转换模块中N沟道MOS管两端的电压差，并根据获取的电压差生成反馈电压，反馈电压输出模块输出端与可调电压输出模块连接，将生成的反馈电压发送至可调电压输出模块；可调电压输出模块供电端接入供电电压，输出端和电压电流转换模块连接，将根据反馈电压生成的调节电压发送至N沟道MOS管中调节电压差处于预设范围。
可见，该带自诊断功能的电流输出***可在负载阻抗浮地连接时进行自诊断，实现对***内器件的故障诊断，并区分出内部故障和负载阻抗故障，且实现方法简单、成本低廉，具有很强的实用意义。
实施例三
结合上述实用新型实施例一附图1公开的一种带自诊断功能的电流输出***，本实用新型实施例三还提供一种带自诊断功能的电流输出***，其结构示意图如图3所示：
其中，所述电压电流转换模块101包括：第一运算放大器1015、N沟道MOS 管1016、第一转换电阻1017、连接电阻1018、第二运算放大器1019、转换电阻模块1013、P沟道MOS管10190和负载阻抗1014；
所述第一运算放大器1015的同相输入端为电压信号输入端；
所述第一转换电阻1017的一端与所述N沟道MOS管1016的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻1017采集电路上的电流通过负反馈发送至所述第一运算放大器1015的反相输入端；
所述第一运算放大器1015的输出端与所述N沟道MOS管1016的栅极连接；
所述连接电阻1018的一端与所述N沟道MOS管1016的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块104连接；
所述N沟道MOS管1016的漏极与所述第二运算放大器1019的同相输入端相连；
所述转换电阻模块1013的一端与所述P沟道MOS管10190的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块104连接，所述转换电阻模块1013采集另一回路上的电流通过负反馈发送至所述第二运算放大器1019的反相输入端；
所述第二运算放大器1019的输出端与所述P沟道MOS管10190的栅极连接；
所述负载阻抗1014的一端与所述P沟道MOS管10190的源极相连，另一端与接地电压连接；
所述内部回路模块105并联于所述负载阻抗1014两端。
在本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，优选的，如图3所示，所述内部回路模块105(具体结构如图4所示)主要包括：内部回路(图4中未示出)，所述内部回路由单向开关1051构成，所述单向开关1051的固定端S1与所述负载阻抗1014的一端连接，所述单向开关1051的活动端S2与所述负载阻抗1014的另一端连接；优选的，所述转换电阻模块1013(具体结构如图5所示)包括两个串联的转换电阻(具体结构如图5所示)；优选的，所述转换电阻为精密电阻。
本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，两个转换电阻R1或R2两端电压(S3、S4或S4、S5)均可以用于电流检测模块的采样，考虑到同型号电阻特性的一致性，优选的，选择不同阻值的电阻，这样可以减少两个电阻同时损坏的风险。
进一步的，考虑到电流检测模块的检测能力，优选的，两个转换电阻阻值不应过小，可以取值的范围为：每个转换电阻的阻值大于20欧姆，两个转换电阻的和在100欧姆左右，当任意电阻出现阻值变化时，均能通过电流检测模块采样到，因此消除了现有技术中转换电阻损坏时诊断的盲点。
在本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，优选的，如图3所示，还包括：控制器106；所述控制器106的控制端与所述内部回路模块105(具体结构如图4所示)中所述的单向开关1051的活动端S2连接，若所述电流检测模块102通过获取所述转换电阻模块1013两端的当前电压差检测到当前实际输出电流未按预设值输出，所述控制器106控制所述单向开关1051的活动端S2与所述单向开关1051的固定端S1连接，构成回路。
本实用新型公开的带自诊断功能的电流输出***中，控制器可自动控制单向开关的通断，当电流检测模块检测到电流正常输出情况下，控制器控制单向开关断开，电流正常流经负载阻抗；当电流检测模块检测到电流不正常时，控制器可以提供一个短暂的脉冲使单向开关的活动端和固定端连接，使负载阻抗短路，电流检测模块再检测回路电流，若此时检测到电流正常，则说明电流异常由负载阻抗引起，否则为内部故障。
综上所述，本实用新型公开的一种带自诊断功能的电流输出***在现有模拟量电流输出技术基础上，优化了转换电阻模块、设计了并联于负载阻抗的内部模块，配合电流检测模块，实现***内器件的故障诊断，能区分出***内部故障和负载阻抗故障，且实现方法简单、成本低廉，具有很强的实用意义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种带自诊断功能的电流输出***，其特征在于，包括：电压电流转换模块、电流检测模块、反馈电压输出模块、可调电压输出模块和内部回路模块；
所述电压电流转换模块包括转换电阻模块、负载阻抗、运算放大器和电压调整管，所述转换电阻模块由多个转换电阻串联构成，所述内部回路模块并联于所述负载阻抗两端，所述电压电流转换模块的输入端接收待转换的电压信号，将所述电压信号转换为电流信号；
所述电流检测模块的第一输入端和第二输入端分别连接于所述转换电阻模块的两端，通过采集所述转换电阻模块两端的当前电压检测当前实际输出电流是否按预设值输出；
所述反馈电压输出模块的第一输入端与所述电压调整管的第一端连接，第二输入端与所述电压调整管的第二端连接，获取所述电压调整管两端的电压差，并依据获取的所述电压差生成反馈电压，所述反馈电压输出模块的输出端与所述可调电压输出模块的输入端连接，将所述反馈电压发送至所述可调电压输出模块；
所述可调电压输出模块的供电段接入供电电压，输出端与所述电压电流转换模块连接，将接收到的所述反馈电压输出模块发送的所述反馈电压生成相对应的调节电压，并将所述调节电压输入到所述电压调整管中调节所述电压调整管两端的所述电压差处于预设范围。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电压调整管包括：MOS管。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述电压电流转换模块包括：运算放大器、N沟道MOS管、负载阻抗和转换电阻模块；
所述运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；
所述转换电阻模块一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述转换电阻模块采集电路上的电流通过负反馈发送至所述运算放大器的反相输入端；
所述运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极连接；
所述N沟道MOS管的漏极与所述负载阻抗连接。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述电压电流转换模块包括：第一运算放大器、N沟道MOS管、第一转换电阻、连接电阻、第二运算放大器、转换电阻模块、P沟道MOS管和负载阻抗；
所述第一运算放大器的同相输入端为电压信号输入端；
所述第一转换电阻的一端与所述N沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压相连，所述第一转换电阻采集电路上的电流通过负反馈发送至所述第一运算放大器的反相输入端；
所述第一运算放大器的输出端与所述N沟道MOS管的栅极连接；
所述连接电阻的一端与所述N沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块连接；
所述N沟道MOS管的漏极与所述第二运算放大器的同相输入端相连；
所述转换电阻模块的一端与所述P沟道MOS管的漏极相连，另一端与所述可调电压输出模块连接，所述转换电阻模块采集另一回路上的电流通过负反馈发送至所述第二运算放大器的反相输入端；
所述第二运算放大器的输出端与所述P沟道MOS管的栅极连接；
所述负载阻抗的一端与所述P沟道MOS管的源极相连，另一端与接地电压连接。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的***，其特征在于，所述内部回路模块包括：内部回路；
所述内部回路由单向开关构成；
所述单向开关的固定端与所述负载阻抗的一端连接，所述单向开关的活动端与所述负载阻抗的另一端连接。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述***还包括：控制器；
所述控制器的控制端与所述单向开关的活动端连接，若所述电流检测模块通过获取所述电压调整管两端当前的电压差检测到当前实际输出电流未按预设值输出，所述控制器控制所述活动端与所述固定端连接，构成所述内部回路。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的***，其特征在于，所述转换电阻模块包括两个串联的转换电阻。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的***，其特征在于，所述转换电 阻模块中的所述转换电阻为精密电阻。
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| GR01 | Patent grant |