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4-20mA接口限流保护电路设计

4-20mA接口限流保护电路设计

June 16, 2025

根据两线电路的拓扑结构,电源电流经传感器调制后返回信号采集电路。如果电源输出部分未经任何处理,一旦传感器短路或用户操作不当导致短路,电源极有可能损坏或损坏信号采集电路。为避免这种情况,需要在为传感器提供24V电源的电路中增加一个限流电路,将电流限制在安全范围内(例如低于30mA),从而避免灾难性故障。

下面介绍在设计 4-20mA 接口采集电路时,为传感器提供 24V 电源的限流保护电路。

Diagram of a current-limiting protection circuit for 4-20mA sensor interfaces 

当电流小于极限电流 Imax 时,电阻 R1 上的压降小于晶体管 P1 的导通电压 Vbe。电阻 R3 和 R4 分压,在场效应晶体管 Q1 的源极和栅极之间产生足够的电压差。此时,晶体管 P1 截止,晶体管 Q1 导通。电路处于正常工作状态。

当电流增大到超过极限电流 Imax 时,电阻 R1 上的压降大于晶体管 P1 的导通电压 Vbe。此时,晶体管 P1 处于导通状态。输入电压直接施加到场效应晶体管 Q1 的栅极。此时,场效应晶体管 Q1 的源极和栅极电压近似相等,导致场效应晶体管 Q1 截止,电路断开,电路进入保护状态。这样可以避免过大的电流损坏负载。

由于MMBT2907A的Vbe导通电压约为0.7V,且由Vbe/R1 = 25mA可知,其限流电流约为25mA。如果需要调整限流电流,只需调整电阻R1的阻值即可。

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