1引言
   对于标准处理信号的连接，H-VIC是一种高性能、低价格、输入输出隔离度达±1500V峰值的电压电流转换器模块。H-VIC的输入部位可通过改变电阻值来设计，使0V～＋10V的电压范围调谐，经隔离输出4mA～20mA或0mA～20mA（可通过改变可编程端子提供）的对应电流，且能工作在0Ω～800Ω的负载范围内。
    H-VIC使用了可靠的变压器隔离技术，并能保证非线性度低和漂移范围小（非线性度≤±0.1％、漂移度≤±0.01％/℃）。内部可修正范围及偏差是：H-VIC为±0.1％，H-VIC2为±0.25％，其范围和偏置可以通过外部的电位器来调整。
    该模块具有宽范围、单电源供电的特点（＋14V～＋28V），并提供了隔离闭环电源，即外部输出端无需额外增加直流变换器来供电。
2应用
    该电路的主要用途是：
    （1）工业仪器和过程控制中消除接地环路和瞬变电压保护；
    （2）模拟传输和控制；
    （3）动态数据识别系统。
    为了满足工业领域和实验室系统使用隔离电流传输的要求，我们设计了能提供高精度、多功能、低价格的H-VIC型产品。它符合美国仪表学会标准50.1中的“兼容电子工业过程仪表的模拟信号”。用途广泛，在系统组件之间可以作为传输连接器，如计算机、传感器、激励器、记录器、指示器等；在数据识别和控制系统中可用于微型计算机I/O口中数模转换之间的隔离连接，规格为4mA～20mA或0mA～20mA的模拟环路；在程序控制系统中可用作比例传感器电流输出级中的界面装置，如电流位置变换器和电流气动变换器。
3主要性能和特征
3.1主要性能
    （1）宽输入范围，电阻式可编程；
    （2）可编程输出端子：4mA～20mA或0mA～20mA；

 

图1电路标志

 

图2H-VIC的外形尺寸

 

图3H-VIC的功能框图

表1引脚功能

（3）高CMV输入/输出隔离，连续峰值±1500V；
    （4）低非线性：最大±0.1％；
    （5）低跨度漂移：最大±0.01％/℃；
    （6）单电源工作：＋14V～＋28V；
    （7）尺寸小：46.2×61.2×15.5（mm3）；
    （8）符合IEEE472标准：瞬态保护（SWC）；
    （9）符合ISA50.1标准：隔离电流环传输。
3.2特征
　　（1）高CMV隔离
　　H-VIC具有高输入/输出电流的隔离（以消除共地环路）和对于瞬变及故障电压的冲击提供保护等特点，其内部隔离器件能经得起±1500V的峰值和1500V的波动（60Hz）60秒的连续冲击。
    （2）可靠性
　　为了确保H-VIC能可靠工作在恶劣的工业环境中，在其内部采用了电磁隔离技术。H-VIC的瞬变电压保护符合IEEE标准（472-1794：抗浪涌耐力）并且在25℃～＋85℃的温度范围内能可靠工作。
    （3）多功能性
　　H-VIC能通过简单改造以满足用户需求，如输入电压调整范围、提供可编程端口、标准输出电流且范围很宽、大范围的单电源工作（推荐值：＋15V）。
    （4）尺寸小
　　体积仅为46.2×61.2×15.5（mm3），节省板面。
4标志、外形尺寸和引脚功能
    电路标志如图1所示。外形尺寸如图2所示。引脚功能如表1所示。
5电参数
　　H-VIC的电参数如表2所示。
6功能说明
    H-VIC模块的高性能得益于隔离技术的应用，它使得信号和功率在V/I变换器的输入与输出之间传输。高CMV隔离是通过变压器把输入放大、调整后与电流输出电路连为一体来实现的。H-VIC的结构框图如图3所示。
    H-VIC产生隔离的4mA～20mA或0mA～20mA的输出电流，该电流与输入电压成正比且不受输出负载电阻的制约，输入放大器接收到一个0V至10V的电压，输入端的传输功能可以通过改变连接在⑤脚与⑦之间的增益电阻器RG来调整，调整范围为1.6mA/V～200mA/V(增益调整后的最大电流值不能超过输出电流的最大值)。
    内部＋5V的额定输出电压作为高稳定基准，用于0V输入时提供4mA的输出电流。基准出端③脚与基准入端④脚之间接一个按比例设定的偏置电阻器RO，通过调整RO可把输出电流范围由4mA～20mA调整到0mA～20mA，同时把输出范围选择端脚接到电流输出端⑩脚来为4mA提供流通回路。在4mA～20mA的工作状态下，该通路端子连接到电流输出的地端脚。
    H-VIC在单电源下工作，电压范围为：＋14VDC～＋28VDC，内部供电包括输入电压稳压器、直流－直流变换器、正向整流和滤波电路。直流－直流变换器是与内环电源隔离的，即内环电源独立于VS，能驱动的最大负载电阻（接收电阻加上连接线电阻）为800Ω。电源VS的可供电流必须达到75mA，以足够提供满输性能同H-VIC性能，即指以无变动注释为准。

表2H-VIC的电参数

注：（1）按基本接线图接线，精度等于1.6mA/V时不用外部微调。
　　（2）全部精度以％标注，如16mA误差为0.1％，即误差为0.016mA。
　　（3）全段T-C指传输功能比1.6mA/V更高，即RG从属低T-C值（±1×10^－5/℃）为RG推荐的最佳特性。

 

图4基本接线

 

图5输入增益调节

 

(a)4mA～20mA输出连接(b)0mA～20mA输出连接
图64mA～20mA/0mA～20mA指定连接出信号电流。

7基本接线
    图4示出H-VIC的应用接线，传输功能为1.6mA/V，对于0V～＋10V的输入信号变换为4mA～20mA的输出电流，要求R0=10kΩ，RSC=301Ω，RG开路。要获得最佳性能,RSC应选择±0.1％误差、2.5×10－5/℃的金属膜电阻，R0选择±1％误差、1×10－4/℃的电阻。
    ＋VS电源接到①脚，以避免接地环路，用户应确保输入信号地不和电源地连接，电源地接②脚，信号地接⑤脚，二者在模块内连接。
8选择和修正调节
    H-VIC具有对0V～＋10V的输入和4mA～20mA的输出进行现场校准的功能。上图对额外的修正电位器未做详细说明，若需要的话，可通过调整修正电位器实现取值范围和零点的调节。下面就此进行详细介绍。
8.1输入增益调整
    H-VIC的输入增益是一个设定的比例系数，固定标称变换关系适应于＋1V～＋10V的满刻度输入（Vin），且满刻度输入可调节到低达100mV。
    增益设定电阻RG的值由式（1）决定，即
    RG（kΩ）=10kΩ/（G－1）（1）
    式中，G=10V/Vin（V）F.S.（安全系数）
    例：要把0V～＋1V的输入变换成4mA～20mA的输出，则Vin的安全系数为＋1V即（VinF.S.=＋1V），推得G=10V/1V=10，代入式（1）得
    RG=10kΩ/9=1.1kΩ
    由于电阻存在误差，我们可通过给RG串联一个金属陶瓷电位器来补偿RG存在的误差（见图5）。为获得最佳性能，RG应选择±1％误差、1×10－4/℃的金属膜电阻。
8.2偏置和输出比例调整
    在确定了所需的输入增益后，H-VIC一定要配置4mA～20mA或0mA～20mA的输出电流范围（2选1），图6a和图6b分别举例说明了这两种配置。偏置电阻R0的值独立于增益设定，它可以通过串联一个金属陶瓷电位器来控制。
    为了把输出电流校正到最佳点，RSC值应修正到图5所示的状态。
9H-VIC的多级使用
    不同于其他的基本传输隔离器，H-VIC在多级使用中不需要增加一些同步电路来消除与输出偏差有关的频率变化。这是由于H-VIC的内部使用了脉宽调制技术，其振荡器的频率辐射不会影响上述性能，甚至在多级使用中，一级可以紧靠另一级放置，所以不用配备外同步装置。
10输出保护器
    电流输出端子⑩脚和⑾脚有反向电压保护和＋32V直流过压短路保护，但在许多工业应用中，还应配置防止输出4mA～20mA电流与交流电压短路的保护。图8所示的电路可以满足这种保护措施，当保护电路达到极限时，最大允许负载电阻器将被保险丝切断。

 

图7多环路的隔离

 

图8输出保护电路

 

图94mA～20mA至0V～＋10V隔离转换器

11应用
    在图7中，H-VIC应用于数据识别和控制系统。多级H-VIC为记录仪、指示器和真空管定位器提供隔离电流接口。
    在需要电流电压转换的应用中，H-VIC可参照图9使用，外部的10V基准用来提供必要的输入偏置，这个电路在把4mA～20mA的输入电流转换成0V～10V的输出电压时，提供了±1500V的绝缘隔离，输出测量装置必须有一个高输入阻抗来避免负载误差。
    另外H-VIC可与AD公司的2B23等孔位互换。