教您利用4-20mA电流环路系统中产生的废能

15V齐纳二极管，以在其承受的多余环路电压超出其17V额定值时提供保护。如果使用一个低压电流环路系统，则无需使用这种二极管。最大电压控制在 15.6V的齐纳二极管可以获得较好的结果。

2、给器件输入端添加大容量电容，以存储足够的能源，用于启动和负载变化。根据启动期间负载的功率需求情况，可能会不需要使用这种电容器。总计约200μF的电容，便可让举例负载实现平稳的启动，其在启动时需要3.3V、50Ma的电源持续供电30ms，而启动以后则只需要10mA的电流。大容量电容还可为可能出现的定期高功率需求提供存储能源，例如：温度测量、数据转换器读取操作或者通过天线发送数据。

3、对器件的使能阈值电压进行调节，这样器件便可在其电压达到12V时开启。对器件编程，让其在输入降至4V时关闭。一旦启用，器件便高效地将这种重新得到利用的能源转换为其3.3V输出。

例如，一个电源解决方案，我们选择4V作为关闭电压，目的是提供输入电压到输出电压的规定余量，从而让器件能够保持3.3V稳压输出。使用12V的开启电压，用于满足系统的各种要求。我们假设，24V电源的变化范围为18V到30V之间，并且电流环路压降共计为6V最大值，从而让器件在极端情况时承受12V的最小值。因此，我们选择12V作为启动电源的点，因为它是器件可能会承受的最小电压。另外，12V最小电压可以在开启电压和关闭电压之间实现充分的间隔，这样电源便在没有启动振荡的情况下启动进入高功率负载状态。

上述电源解决方案通过TI的XTR111启动和关闭。XTR111是一个4-20mA电流环路发送器，能够始终提供4Ma以下的电流。图3显示了这种解决方案的启动情况。发送器启用以后，它便开始提供电流，其将输入电压升高至电源的12V开启点。电源输出电压上升进入调节区域，然后立即提供50 mA的负载启动电流。这会稍微降低电源的输入电压，但电源保持对输出电压的调节，原因是其宽电压范围和大容量输入电容器。负载启动能耗持续30ms以后，负载电流减少至稳定状态，即10mA电平。输入电压进一步上升，并受齐纳二极管控制，保持在15V电平。正如我们已经注意到的那样，电流环路提供的电流始终保持在4mA以下。

图3：废能利用型电源的启动

图4显示了图3的放大图。电源从大容量电容器吸取存储的电能，以满足启动负载电流需求，同时电流环路始终提供低于4mA的电流。这种吸能过程，会使输入电压降低约2V，但对这种电源而言，这是可以接受的。

图4：提供负载启动电流的废能利用型电源

最后，废能利用的电源在大容量电容器中存储足够的电能，然后在一个足够宽的输入电压范围工作，以向负载提供持续的功率脉冲。图5所示电源，每秒为负载提供持续时间100ms 的20mA电流，并且保持对电源输出电压进行稳压。

图5：提供负载电源脉冲的废能利用型电源

结论

在4-20mA电流环路系统中，我们可以对那些被浪费掉电能加以有效利用。这种电能可以为控制室需要的数据转换器和微处理器供电，以对来自电流环路的数据进行处理，并且它还可以为低功耗RF发送器供电，从而扩展了4-20mA电流环路的应用范围，同时通过减少要求的布线数量，节省了此类系统的成本。拥有宽输入电压范围、可使用极小功率工作且能够在没有振荡的情况下通过限流电源启动的电源，可让废能重新得到利用，并在系统中继续发挥其作用。