4-20mA电流环路信号常用于工业环境，完结远距丈量数据传输，例如：加工温度或许容器压力等。这种信号传输方法之所以成为人们的首选，由于它简略快捷、抗噪、安全，而且可以在没有数据损坏的状况下完结远距离传输。由于传输数据的电流相对较低，这些电流环路仍是低功耗体系。曾经，没有取得运用的功率，或许信号传输进程中丢失的功率，都在发送器内讧散掉；但现在，运用现代集成电路今后，即便这一小部分功率也被节约下来，以支持体系中必需功用的正常作业。
4-20mA 电流环路体系基础知识
图 1 显现了一个典型的 4-20mA 电流环路体系。一个半稳压式 24V DC 电源一同向电流环路和发送器组件供电。发送器对重要信号（例如：温度、压力和其他参数）进行丈量，然后输出一个 2-20mA 电流，其与该信号强弱成份额。该电流经过线路，传输至某个接纳机体系。之后，电流遇到电阻器构成电压，其经过一个模数转换器 （ADC） 读出，然后再经过进一步处理。经过连线，衔接回到为环路供电的电压源，这样构成一个完好的环路。
图 1 根本的 4-20mA 电流环路体系
工业运用中运用这些电流环路具有许多优点：
电流环路是一些简略电路，仅要求一个简易电源、一个完结丈量然后发生电流的发送器、一条传输线以及一个接纳机电路。电源只需供给足以战胜各种体系压降问题的电压；剩余的环路电压刚好在发送器处得到下降。由于电流较低，仅有少数功耗，因而发热较少。
电流环路仅包括一个电流环路。因而，依据基尔霍夫电流规律，经过环路中一切组件的电流持平。这样便完结了较高的抗噪性，而抗噪性又是工业环境运用的要害。
由于信号电平最低到达 4mA，然后完结了安全性。假如环路内部呈现损坏，或许环路衔接断开，则接纳机无法读出电流，其标明呈现毛病，而非最低信号电平。
只需电源电压高到足以战胜体系压降，则代表测得信号的抱负电流由发送器坚持。因而，高压降和低本钱的小标准线材用于进行互连，其仅要求增加电源电压。最为重要的是，线路答应相对较大的压降，便可以运用很多的连线。这样，受测仪器和对丈量数据进行处理的操控室之间便可完结物理阻隔，然后为操控室内的人员供给安全维护。
根本体系改善
咱们可以运用剩余的环路电压，用于向接纳机电路供电，不然其会在发送器被降下来。图 2 显现了一个在电流环路中刺进的电源。该电源与其供电的接纳机电路一同放置于操控室中——有用地将剩余环路电压转换为有用输出功率。
图 2 4-20mA电流环路中剩余环路电压的运用
由于接纳机电阻不再接地参阅，因而或许会需求电平移动电路，以衔接数据转换器输入。任何高端分流监测器（例如：TI INA138等）都可供给这种极为简略的电路。这些器材对共模电压的小检测电阻压降进行丈量，然后下降接纳机电阻的必要压降。这样便让更多的电压可以为电源所运用，然后下降动力糟蹋。
这种电源通常会供给经过稳压的 3.3V 输出，认为电平位移器、数据转换器以及操控室内的一切其他低功耗设备供电。例如，来自 TI MSP430TM 渠道的微处理器，其对接纳数据进行检查，然后做出决议计划；来自 TI CC430 系列的低功耗 RF 器材，其将数据无线传输至其他地方。假如无需为特别长的电流环路购买和安接线路，然后完结本钱节约，则无线发送器特别有用。这些器材的功耗有必要十分低，由于榨取自电流环路的剩余动力数量有限。
最终，这种电源还有必要能与此类低功耗电源一同作业—最小电流 4mA，最大电流 20mA。由于这种电流所发生的电压为环路的剩余电压，因而电源有必要承受一个宽输入电压规模，而且依然供给安稳的输出。对这种电源而言，更困难的是经过限流电源来发动体系。一般来说，发动期间要求更高的输出功率，对输出电容器充电，一同为负载供给发动电流。它远高于正常运行时体系耗费的量。假如电源要在发动期间供给这种高功率，则其输出功率会超出电流环路供给的量。假如呈现这种状况，进入电源的电压会在电源封闭曾经不断下降。这样，在从头敞开曾经，其输入电压会再次上升，并不断重复该进程。当电源经过这种小输入功率作业时，发动振动是咱们需求战胜的一个难题。
动力运用解决方案
正如前面所述，废能运用型电源有必要具有较宽的输入电压规模，可以经过十分小的输入功率作业，并能在经过限流电源供电时防止呈现发动振动。TI 的 TPS62125 就是一个这种电源，由于它经过一个 3-17V 输入作业，仅要求 11 µA 的作业电流，而且具有带可调磁滞的可编程使能阈值电压。TPS62125 产品阐明书中主张的电路有三个小改动：
给器材输入增加一个 15V 齐纳二极管，以在其承受的剩余环路电压超出其17V额定值时供给维护。假如运用一个低压电流环路体系，则无需运用这种二极管。最大电压操控在 15.6V 的齐纳二极管可以取得较好的成果。
给器材输入端增加大容量电容，以存储满意的动力，用于发动和负载改变。依据发动期间负载的功率需求状况，或许会不需求运用这种电容器。总计约200 µF 的电容，便可让举例负载完结平稳的发动，其在发动时需求 3.3V、50Ma 的电源持续供电30ms，而发动今后则只需求 10mA 的电流。大容量电容还可为或许呈现的定时高功率需求供给存储动力，例如：温度丈量、数据转换器读取操作或许经过天线发送数据。
对器材的使能阈值电压进行调理，这样器材便可在其电压到达 12V 时敞开。对器材编程，让其在输入降至 4V 时封闭。一旦启用，器材便高效地将这种从头得到运用的动力转换为其 3.3V 输出。
例如，一个电源解决方案，咱们挑选 4V 作为封闭电压，意图是供给输入电压到输出电压的规则余量，然后让器材可以坚持 3.3V 稳压输出。运用 12V 的敞开电压，用于满意体系的各种要求。咱们假定，24V 电源的改变规模为 18V 到 30V 之间，而且电流环路压降合计为 6V 最大值，然后让器材在极点状况时承受 12V 的最小值。因而，咱们挑选 12V 作为发动电源的点，由于它是器材或许会承受的最小电压。别的，12V 最小电压可以在敞开电压和封闭电压之间完结充沛的距离，这样电源便在没有发动振动的状况下发动进入高功率负载状况。
上述电源解决方案经过 TI 的 XTR111 发动和封闭。XTR111 是一个 4-20mA电流环路发送器，可以一直供给 4Ma 以下的电流。图 3 显现了这种解决方案的发动状况。发送器启用今后，它便开端供给电流，其将输入电压升高至电源的 12V 敞开点。电源输出电压上升进入调理区域，然后当即供给 50 mA 的负载发动电流。这会略微下降电源的输入电压，但电源坚持对输出电压的调理，原因是其宽电压规模和大容量输入电容器。负载发动能耗持续 30ms 今后，负载电流削减至安稳状况，即 10mA 电平。输入电压进一步上升，并受齐纳二极管操控，坚持在 15V 电平。正如咱们现已注意到的那样，电流环路供给的电流一直坚持在4mA以下。
图 3 废能运用型电源的发动
图 4 显现了图 3 的扩大图。电源从大容量电容器汲取存储的电能，以满意发动负载电流需求，一同电流环路一直供给低于 4mA 的电流。这种吸能进程，会使输入电压下降约 2V，但对这种电源而言，这是可以承受的。
图 4 供给负载发动电流的废能运用型电源
最终，废能运用的电源在大容量电容器中存储满意的电能，然后在一个满意宽的输入电压规模作业，以向负载供给持续的功率脉冲。图 5 所示电源，每秒为负载供给持续时间 100ms 的 20mA 电流，而且坚持对电源输出电压进行稳压。
图 5供给负载电源脉冲的废能运用型电源
定论
在4-20mA电流环路体系中，咱们可以对那些被糟蹋掉电能加以有用运用。这种电能可以为操控室需求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，而且它还可以为低功耗RF发送器供电，然后扩展了4-20mA电流环路的运用规模，一同经过削减要求的布线数量，节约了此类体系的本钱。具有宽输入电压规模、可运用极小功率作业且可以在没有振动的状况下经过限流电源发动的电源，可让废能从头得到运用，并在体系中持续发挥其效果。
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