Токовый задатчик 4 20 ма

Токовый задатчик 4 20 ма

Схема этого простого устройства была разработана несколько лет назад. С тех пор ее в различных модификациях десятки раз повторили мои коллеги по работе и знакомые. Тогда я схему оптимизировал в NI Multisim10, а сейчас решил попробовать повторить ее в TINA-TI. Оказалось, что необходимый результат может быть получен и проще, и нагляднее.

Думаю, что читателям будет интересно описание не только готового устройства, но и самого процесса разработки, сравнение нескольких альтернативных вариантов. Уверен, что схема заинтересует не только киповцев, так как в широком смысле, это – регулируемый стабилизатор постоянного тока, которому всегда найдется применение в лаборатории радиолюбителя и в практических конструкциях.

Задатчик тока 4-20 мА для наладки систем автоматизации

Стандарт «токовая петля 4-20 мА» поддерживается подавляющим большинством производителей средств промышленной автоматизации. В общем случае подключение приборов выглядит следующим образом:

Рисунок 1.
Рисунок 2.

Применение «токовой петли 4-20 мА» в данном случае дает два преимущества [1]. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передать сигнал на большое расстояние с высокой точностью. Важно также отметить, что питание датчик получает по двухпроводной токовой петле.

При наладке или ремонте средств автоматизации наиболее эффективным решением является включение вместо датчика технологического процесса с токовым выходом специального прибора – задатчика тока 4-20 мА (см. Рисунок 2).

Сформулируем краткое техзадание: задатчик должен обеспечивать ручную установку тока в диапазоне 2.5…22.0 мА, обеспечивая его стабилизацию в двухпроводном включении при изменении питающего напряжения от 12 до 36 В и изменении нагрузки от 0 до 250 Ом [2].

Есть общеизвестная схема на популярной микросхеме регулируемого стабилизатора напряжения LM317. На Рисунке 3 она приведена из справочных данных [3].

Рисунок 3.

На практике эту схему для регулировки тока в широком диапазоне используют редко из-за значительной нелинейности регулировочной характеристики. С помощью TINA-TI в этом можно наглядно убедиться. Соберем в схемном редакторе несложную схему:

Рисунок 4.

Данная схема полностью соответствует схеме на Рисунке 2. Здесь:

источник напряжения V1 имитирует ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ на Рисунке 2;
амперметр АМ1 и Rнагр. – ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР;
микросхема U1 c резисторами R1 и Р1 – ЗАДАТЧИК.

Резистор R1 ограничивает максимальный ток на уровне 22.37 мА, а потенциометр P1 обеспечивает необходимую регулировку тока от 2.43 мА. Перемещая красный и синий курсоры a и b , можно посмотреть и другие промежуточные значения выходного тока в зависимости от угла поворота потенциометра.

Но чтобы получить такой наглядный результат, нужно выбрать необходимый вид анализа. Для этого последовательно в появляющихся меню выбираем:

Анализ -> Анализ постоянного тока -> Переходные характеристики постоянного тока

В открывшемся окне Переходные характеристики в поле Ввод выбираем потенциометр P1, который мы будем «вращать» от одного крайнего положения до другого. Для этого устанавливаем в соответствующих полях 0% и 100%, нажимаем ОК, и через мгновение получаем график схемного анализа.

В некоторых случаях требуется дополнительно нажать на кнопку Нормальное увеличение , чтобы получить более наглядное изображение.

Рисунок 5.

Можно обратить внимание и на то, как автор схемы [4] решает проблему существенной нелинейности регулировочной характеристики задатчика тока на микросхеме LM317:

Рисунок 6.

Для регулирования он использует два переменных резистора R2 и R3 («грубо» и «точно») различного номинала. Несомненно, схема заслуживает внимания, но, согласитесь, не всегда легко найти необходимые потенциометры конкретного номинала. Кроме того, потребуется некоторая сноровка для установки тока, например, более 15 мА.

Отдельно отмечу хорошее решение автора схемы включить собственно сам задатчик в диагональ диодного моста. Это автоматически обеспечит правильное направление протекания тока вне зависимости от полярности подключения выводов «штырь» и «крокодил».

Итак, продолжим поиск оптимального решения. Вновь обратимся к справочным данным [3] и обратим пристальное внимание на схему Регулируемого ограничителя тока:

Рисунок 7.

Здесь на диодах D1 и D2 выполнен источник опорного напряжения около –1.22 В. Он запитан через генератор стабильного тока (около 4 мА) на полевом транзисторе 2N5640, подключенный к источнику отрицательного напряжения Vss. Регулируя потенциометром R2 часть опорного напряжения, подаваемого на вход Adjust микросхемы U1, можно линейно и в широких пределах менять выходной ток. Здесь важно, что напряжение Vref (1.25 В) микросхемы LM317 почти равно напряжению на диодах D1 и D2.

Соберем в схемном редакторе новую схему применительно к нашей задаче. Для упрощения схемы заменим источник отрицательного напряжения и полевой транзистор источником постоянного тока соответствующего направления IS1 2 мА. Вот результат анализа:

Рисунок 8.

Как видно из графика, характеристика регулирования выходного тока получилась линейной. Да, но для работы схемы требуется дополнительный источник отрицательного напряжения, которого у нас нет… Жаль, но и эта схема не подходит.

Однако не будем спешить с выводами. Задержим наше внимание на этой схеме. Простое решение рядом…

Попутно замечу, что падение напряжения на диодах D1, D2 незначительно изменяется от протекающего через них тока… И почему бы нагрузочное сопротивление не включить последовательно с этими диодами. Уверен, что и вы пришли к похожему решению:

Рисунок 9.

В данной схеме необходимое отрицательное напряжение на диодах D1, D2 формируется «автоматически» по ходу тока задатчика. Поэтому характеристика регулирования выходного тока достаточно линейна. На начальном участке графика виден небольшой отрезок, где ток не регулируется и постоянен (2.09 мА). Величина этого начального тока определяется параметрами конкретной микросхемы LM317 и на практике, как правило, не превышает 2.5 мА. Это нас вполне устраивает.

Верхний предел регулирования тока Iмакс. задается резистором R1. Он рассчитывается по простой формуле из [3]: R1 (Ом) = 1.25 (В) / Iмакс. (А). На графике видно, что значение этого параметра 22.37 мА – в модели это хорошо соответствует расчету. Значение переменного резистора Р1 может варьироваться в достаточно широких пределах. На практике с успехом использовались потенциометры от 470 Ом до 22 кОм.

С помощью TINA-TI несложно убедиться, что выполняются и другие требования техзадания, а именно, обеспечивается стабилизация тока при изменении питающего напряжения от 12 до 36 В и изменении нагрузки от 0 до 250 Ом. Но не будем торопиться ставить точку…

Читайте также:  Windows 10 pro registered trademark что это

Нередко при использовании задатчика возникает необходимость устанавливать конкретное значение тока с точностью до единиц/десятков микроампер или, например, плавно изменять ток в небольших пределах. То есть, выполнять так называемую грубо-точную регулировку. В нашей схеме на Рисунке 9 это просто сделать установкой последовательно с потенциометром Р1 дополнительного переменного резистора с номиналом примерно в десять раз меньшим, чем у Р1. Он будет выполнять функции точной регулировки. Но не всегда переменный резистор нужного номинала есть под рукой. Тогда простым решением может быть такая схема:

Рисунок 10.

Здесь дополнительный потенциометр Р2 («Точно») установлен параллельно Р1 («Грубо»), а напряжение в суммирующей точке на выводе ADJ микросхемы U1 формируется соответствующими весовыми резисторами R2 и R3, номиналы которых взяты в соотношении 1:10. График на Рисунке 10 показывает зависимость выходного тока задатчика при изменении угла поворота потенциометра Р2 от 0 до 100%. Р1 установлен в среднее (50%) положение. Из графика видно, что обеспечивается линейная регулировка тока в пределах ±1 мА относительно среднего положения. Диапазон регулирования Р1 («Грубо») при этой доработке изменился несущественно:

Рисунок 11.

Использованная литература и ссылки:

Схема этого простого устройства была разработана несколько лет назад. С тех пор ее в различных модификациях десятки раз повторили мои коллеги по работе и знакомые. Тогда я схему оптимизировал в NI Multisim10, а сейчас решил попробовать повторить ее в TINA-TI. Оказалось, что необходимый результат может быть получен и проще, и нагляднее.

Думаю, что читателям будет интересно описание не только готового устройства, но и самого процесса разработки, сравнение нескольких альтернативных вариантов. Уверен, что схема заинтересует не только киповцев, так как в широком смысле, это – регулируемый стабилизатор постоянного тока, которому всегда найдется применение в лаборатории радиолюбителя и в практических конструкциях.

Задатчик тока 4-20 мА для наладки систем автоматизации

Стандарт «токовая петля 4-20 мА» поддерживается подавляющим большинством производителей средств промышленной автоматизации. В общем случае подключение приборов выглядит следующим образом:

Рисунок 1.
Рисунок 2.

Применение «токовой петли 4-20 мА» в данном случае дает два преимущества [1]. Во-первых, приведение диапазона изменения измеряемой величины к стандартному диапазону обеспечивает взаимозаменяемость компонентов. Во-вторых, становится возможным передать сигнал на большое расстояние с высокой точностью. Важно также отметить, что питание датчик получает по двухпроводной токовой петле.

При наладке или ремонте средств автоматизации наиболее эффективным решением является включение вместо датчика технологического процесса с токовым выходом специального прибора – задатчика тока 4-20 мА (см. Рисунок 2).

Сформулируем краткое техзадание: задатчик должен обеспечивать ручную установку тока в диапазоне 2.5…22.0 мА, обеспечивая его стабилизацию в двухпроводном включении при изменении питающего напряжения от 12 до 36 В и изменении нагрузки от 0 до 250 Ом [2].

Есть общеизвестная схема на популярной микросхеме регулируемого стабилизатора напряжения LM317. На Рисунке 3 она приведена из справочных данных [3].

Рисунок 3.

На практике эту схему для регулировки тока в широком диапазоне используют редко из-за значительной нелинейности регулировочной характеристики. С помощью TINA-TI в этом можно наглядно убедиться. Соберем в схемном редакторе несложную схему:

Рисунок 4.

Данная схема полностью соответствует схеме на Рисунке 2. Здесь:

источник напряжения V1 имитирует ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ на Рисунке 2;
амперметр АМ1 и Rнагр. – ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР;
микросхема U1 c резисторами R1 и Р1 – ЗАДАТЧИК.

Резистор R1 ограничивает максимальный ток на уровне 22.37 мА, а потенциометр P1 обеспечивает необходимую регулировку тока от 2.43 мА. Перемещая красный и синий курсоры a и b , можно посмотреть и другие промежуточные значения выходного тока в зависимости от угла поворота потенциометра.

Но чтобы получить такой наглядный результат, нужно выбрать необходимый вид анализа. Для этого последовательно в появляющихся меню выбираем:

Анализ -> Анализ постоянного тока -> Переходные характеристики постоянного тока

В открывшемся окне Переходные характеристики в поле Ввод выбираем потенциометр P1, который мы будем «вращать» от одного крайнего положения до другого. Для этого устанавливаем в соответствующих полях 0% и 100%, нажимаем ОК, и через мгновение получаем график схемного анализа.

В некоторых случаях требуется дополнительно нажать на кнопку Нормальное увеличение , чтобы получить более наглядное изображение.

Рисунок 5.

Можно обратить внимание и на то, как автор схемы [4] решает проблему существенной нелинейности регулировочной характеристики задатчика тока на микросхеме LM317:

Рисунок 6.

Для регулирования он использует два переменных резистора R2 и R3 («грубо» и «точно») различного номинала. Несомненно, схема заслуживает внимания, но, согласитесь, не всегда легко найти необходимые потенциометры конкретного номинала. Кроме того, потребуется некоторая сноровка для установки тока, например, более 15 мА.

Отдельно отмечу хорошее решение автора схемы включить собственно сам задатчик в диагональ диодного моста. Это автоматически обеспечит правильное направление протекания тока вне зависимости от полярности подключения выводов «штырь» и «крокодил».

Итак, продолжим поиск оптимального решения. Вновь обратимся к справочным данным [3] и обратим пристальное внимание на схему Регулируемого ограничителя тока:

Рисунок 7.

Здесь на диодах D1 и D2 выполнен источник опорного напряжения около –1.22 В. Он запитан через генератор стабильного тока (около 4 мА) на полевом транзисторе 2N5640, подключенный к источнику отрицательного напряжения Vss. Регулируя потенциометром R2 часть опорного напряжения, подаваемого на вход Adjust микросхемы U1, можно линейно и в широких пределах менять выходной ток. Здесь важно, что напряжение Vref (1.25 В) микросхемы LM317 почти равно напряжению на диодах D1 и D2.

Соберем в схемном редакторе новую схему применительно к нашей задаче. Для упрощения схемы заменим источник отрицательного напряжения и полевой транзистор источником постоянного тока соответствующего направления IS1 2 мА. Вот результат анализа:

Рисунок 8.

Как видно из графика, характеристика регулирования выходного тока получилась линейной. Да, но для работы схемы требуется дополнительный источник отрицательного напряжения, которого у нас нет… Жаль, но и эта схема не подходит.

Однако не будем спешить с выводами. Задержим наше внимание на этой схеме. Простое решение рядом…

Читайте также:  Jquery animate не работает

Попутно замечу, что падение напряжения на диодах D1, D2 незначительно изменяется от протекающего через них тока… И почему бы нагрузочное сопротивление не включить последовательно с этими диодами. Уверен, что и вы пришли к похожему решению:

Рисунок 9.

В данной схеме необходимое отрицательное напряжение на диодах D1, D2 формируется «автоматически» по ходу тока задатчика. Поэтому характеристика регулирования выходного тока достаточно линейна. На начальном участке графика виден небольшой отрезок, где ток не регулируется и постоянен (2.09 мА). Величина этого начального тока определяется параметрами конкретной микросхемы LM317 и на практике, как правило, не превышает 2.5 мА. Это нас вполне устраивает.

Верхний предел регулирования тока Iмакс. задается резистором R1. Он рассчитывается по простой формуле из [3]: R1 (Ом) = 1.25 (В) / Iмакс. (А). На графике видно, что значение этого параметра 22.37 мА – в модели это хорошо соответствует расчету. Значение переменного резистора Р1 может варьироваться в достаточно широких пределах. На практике с успехом использовались потенциометры от 470 Ом до 22 кОм.

С помощью TINA-TI несложно убедиться, что выполняются и другие требования техзадания, а именно, обеспечивается стабилизация тока при изменении питающего напряжения от 12 до 36 В и изменении нагрузки от 0 до 250 Ом. Но не будем торопиться ставить точку…

Нередко при использовании задатчика возникает необходимость устанавливать конкретное значение тока с точностью до единиц/десятков микроампер или, например, плавно изменять ток в небольших пределах. То есть, выполнять так называемую грубо-точную регулировку. В нашей схеме на Рисунке 9 это просто сделать установкой последовательно с потенциометром Р1 дополнительного переменного резистора с номиналом примерно в десять раз меньшим, чем у Р1. Он будет выполнять функции точной регулировки. Но не всегда переменный резистор нужного номинала есть под рукой. Тогда простым решением может быть такая схема:

Рисунок 10.

Здесь дополнительный потенциометр Р2 («Точно») установлен параллельно Р1 («Грубо»), а напряжение в суммирующей точке на выводе ADJ микросхемы U1 формируется соответствующими весовыми резисторами R2 и R3, номиналы которых взяты в соотношении 1:10. График на Рисунке 10 показывает зависимость выходного тока задатчика при изменении угла поворота потенциометра Р2 от 0 до 100%. Р1 установлен в среднее (50%) положение. Из графика видно, что обеспечивается линейная регулировка тока в пределах ±1 мА относительно среднего положения. Диапазон регулирования Р1 («Грубо») при этой доработке изменился несущественно:

Рисунок 11.

Использованная литература и ссылки:

Юрий Курцевой (Maxim Integrated)

Высокоинтегрированный аналоговый формирователь сигнала токовой петли 4-20 мА MAX12900 производства Maxim Integrated может конвертировать ШИМсигнал микроконтроллера, который не обладает встроенным ЦАП, в сигнал петли 420мА для двух-, трех- или четырехпроводных конфигураций.

Токовая петля 4…20 мА на сегодняшний день является одним из наиболее популярных методов передачи данных во многих отраслях промышленности. Благодаря своей устойчивости к помехам при передаче сигнала от передатчика к приемнику она идеально подходит для таких задач. Другое преимущество – относительная простота и бюджетность метода. Хотя, конечно, необходимость контроля за падением напряжения в некоторых участках цепи и за рядом других параметров часто приводит к усложнению схемы и увеличению стоимости решения. В таблице 1 обобщаются преимущества и недостатки метода передачи данных на основе токовой петли 4…20 мА.

Таблица 1. Преимущества и недостатки токовой петли 4…20 мА

Преимущества Недостатки
Основной стандарт во многих отраслях промышленности Одной токовой петле соответствует только один канал передачи данных
Возможность передачи значения только одной переменной
Простота в подключении и настройке Для одновременной работы нескольких каналов данных (для передачи значений нескольких переменных) требуется создать столько же токовых петель. Но использование большого количества проводов может приводить к проблемам с контурами заземления, если независимые петли не изолированы должным образом.
Сигнал не деградирует с увеличением дистанции Проблемы, связанные с изоляцией каналов, возрастают с увеличением количества каналов
Меньшая чувствительность к помехам
Отсутствие тока указывает на ошибку в канале передачи данных

Все датчики с интерфейсом 4…20 мА, в зависимости от конфигурации, могут быть разделены на три группы:

  1. двухпроводной (питаемый петлей) датчик 4…20 мА;
  2. трехпроводной датчик 4…20 мА;
  3. четырехпроводной датчик 4…20 мА.

Наиболее удобной конфигурацией является решение, питаемое петлей. Однако если сам датчик потребляет более 3…4 мА из бюджета петли 4…20 мА, то для его функционирования придется использовать дополнительный источник питания. При подключении таких датчиков придется использовать 4-проводную конфигурацию. 3-проводная конфигурация является упрощенной версией предыдущей, в которой объединен положительный вывод питания датчика с токовой петлей (рисунок 1б). На рисунке 1 показаны все описанные выше конфигурации. В таблице 2 приводятся преимущества и недостатки каждого из них.

Рис. 1. Способы подключения датчика по схеме с токовой петлей

Таблица 2. Преимущества и недостатки датчиков с разными схемами подключения

Конфигурация 2-проводная 3-проводная 4-проводная
Преимущества Не нужен локальный блок питания; малая стоимость; подходит для работы в агрессивных условиях Экономичнее варианта с четырьмя проводами; простота реализации; возможность использования устройств индикации и других устройств , требующих дополнительного питания; возможность использовать мощные выходы, реле Внешнее питание; возможность передавать переменный сигнал; изоляция цепи питания; возможность использования устройств индикации и других устройств , требующих дополнительного питания; возможность использовать мощные выходы, реле
Недостатки Падение напряжения на участках петли может вызвать проблемы; имеются ограничения по потреблению схемы Отсутствие изоляции петли питания; линии питания и петли нужно реализовывать с осторожностью Более высокая стоимость; больше проводов; неприменим в агрессивной среде эксплуатации

Применение MAX12900 в схемах датчиков с 2-, 3- или 4-проводными конфигурациями токовой петли

MAX12900 – это высокоинтегрированный аналоговый формирователь сигнала с ультрамалым потреблением для датчиков с передатчиком 2…20 мА. В его компактный корпус встроено 10 модулей:

  • LDO-преобразователь с широким входным диапазоном напряжений;
  • цепи обработки ШИМ-модулированных сигналов для двух входов;
  • два малопотребляющих операционных усилителя с малым дрейфом;
  • один операционный усилитель с малым дрейфом напряжения смещения и широкой полосой пропускания;
  • два диагностических компаратора;
  • контроллер включения с выходом индикации хорошего качества питания (power-good выход);
  • источник опорного напряжения с малым дрейфом.
Читайте также:  Mafia 2 audio extractor

Ключевое преимущество MAX12900 в том, что он может конвертировать ШИМ-сигнал микроконтроллера, который не обладает встроенным ЦАП, в сигнал петли 4…20мА для двух-, трех- или четырехпроводных конфигураций. Таким образом он является эквивалентом совокупности малопотребляющего ЦАП с высоким разрешением, обработчика ШИМ-сигнала, двух цепей обработки и активного фильтра с интегрированным малопотребляющим операционным усилителем. Две цепи обработки сигналов обеспечивают стабильную ШИМ-амплитуду, несмотря на колебания амплитуды сигнала, изменения температуры и напряжения питания. Усилитель с широкой полосой пропускания в сочетании с дискретным транзистором преобразует входное напряжение в выходной ток и позволяет использовать HART® и FOUNDATION Fieldbus H1 модуляцию сигнала. Благодаря ОУ с малым напряжением смещения и источнику опорного напряжения с низким дрейфом обеспечивается минимальный уровень ошибки в широком диапазоне температур. Малопотребляющий ОУ и компараторы являются блоками для создания продвинутых диагностических систем. Мониторинг шины питания, измерение выходного тока и детектирование разрыва цепи – вот некоторые примеры диагностических возможностей таких систем. Все это, наряду с высокой точностью и малым общим потреблением делает MAX12900 идеальным устройством для интеллектуальных датчиков с интерфейсом токовая петля.

Применение MAX12900 в качестве 2-проводного передатчика (питание через токовую петлю)

На рисунке 2 показана упрощенная блок-схема и модель того, как MAX12900 может быть сконфигурирован в качестве части датчика с питанием через петлю. Такая конфигурация требуется для систем, работающих в агрессивных средах, она должна соответствовать директиве ATEX Directive 94/9/EC и получить сертификат IECEx. Такая реализация схемы датчика возможна только в случаях, когда передатчик потребляет менее 4 мА. ШИМ-сигналы, генерируемые микроконтроллером, поступают на специальные цепи нормирования и обработки ШИМ-сигнала, встроенные в MAX12900. С использованием одного из встроенных операционных усилителей и внешней RC-цепи можно создать фильтр низких частот. Для конвертирования напряжения в ток используются внешние транзисторы.

Рис. 2. Блок-схема датчика на базе токовой петли с применением MAX12900

На рисунке 3 показана реализация на уровне электрической принципиальной схемы двухпроводной токовой петли, питающей сенсор (обратите внимание, что весь выделенный бирюзовым цветом блок интегрирован в MAX12900).

Рис. 3. Конфигурация передатчика, питаемого 4-20мА токовой петлей, на базе MAX12900

Одни из наиболее распространенных датчиков такого типа – это датчики температуры. Давайте попробуем спроектировать передатчик датчика температуры на базе MAX12900 с применением прецизионной термопары и специализированного преобразователя сигнала термопары (MAX31856). MAX31856 обрабатывает сигнал с термопары и передает данные по интерфейсу SPI. Таким образом, чтобы считывать показания с датчика и генерировать ШИМ-сигналы для MAX12900, необходимо использовать микроконтроллер. В отладочном комплекте MAX12900EVKIT для этой задачи применяется микроконтроллер STM32L071. Ключевой момент в такой схеме – оценить бюджет по потребляемой мощности для наихудших сценариев (максимальные потребления тока для всех рабочих значений температуры и напряжения). На основе этого можно принять решение о применении той или иной конфигурации токовой петли: двух-, трех- или четырехпроводной.

В соответствии с техническим описанием MAX12900EV, общее потребление малопотребляющего микроконтроллера и MAX12900 составляет 3,5 мА для худшего случая. MAX31856 потребляет максимум 2 мА при напряжении питания 3,3 В (таблица 3). Таким образом общее потребление превышает 4 мА, а это значит, что реализовать двухпроводной передатчик не представляется возможным.

Таблица 3. Потребление компонентов датчика температуры

Устройство Потребление тока, мА
MAX31856 2
MAX12900 + STM32L071 3,5
Итого: 5,5 мА (> 4мА)

Применение MAX12900 в схеме трехпроводного передатчика

Исключив возможность использовать двухпроводное решение, посмотрим, какова возможность проектирования трехпроводной схемы. Первое, что следует иметь в виду – это возможность применения только одного положительного вывода питания и для передачи данных, и для питания схемы. Напряжение 24 В (от ПЛК) является слишком высоким для микроконтроллера и MAX31856, для работы которых требуется напряжение 3,3 В. Существует несколько подходов решения этой проблемы. Первый – это использовать для преобразования 24 В в 3,3 В DC/DC-преобразователь, например, MAX17550, как это изображено на рисунке 4. MAX17550 является ультракомпактным синхронным понижающим DC/DC-преобразователем с высоким КПД и выходным током до 25 мА. Для изоляции датчика/МК ШИМ-интерфейса с MAX12900 используется цифровой двухканальный изолятор MAX12930. На рисунке 4 компоненты в пунктирном квадрате находятся в изолированным домене питания с плавающей землей, которая отличается от земли ПЛК.

Рис. 4. Трехпроводная схема передатчика с DC/DC-преобразователем

Другой подход к решению проблемы с питанием – использовать линейный преобразователь напряжения с ультрамалым током покоя MAX15006AATT+, который может обеспечить напряжение 3,3 В с током нагрузки до 50 мА, как это показано на рисунке 5.

Рис. 5. Трехпроводная схема передатчика сенсора с линейным преобразователем напряжения

Вторая проблема, о которой нужно помнить при разработке таких датчиков – плавающая земля передатчика. Датчик сам по себе, микроконтроллер и MAX12900 – передатчик для обмена данными – должны иметь общую шину земли. В то же самое время потенциал этой земли является плавающим потенциалом по отношению к земле ПЛК. Состояние плавающей земли зависит от передаваемых данных и уровня нагрузки петли. Для решения этой проблемы применяются несколько подходов, например использование двухканального малопотребляющего MAX12930 (как показано на рисунке 4) для изоляции PWMA- и PWMB-входов от передатчика.

Альтернативный подход заключается в том, чтобы использовать активную схему, которая занимается постоянным мониторингом и управляет общим уровнем земли микроконтроллера и датчика. Такой вариант реализации становится возможным и удобным благодаря присутствию ОУ общего назначения, а именно – OP2, интегрированного в MAX12900. Для этой схемы также требуется использовать внешний n-канальный MOSFET-транзистор с малым напряжением управления Q3 и PNP-транзистор общего назначения Q4, чтобы согласовать падения напряжения на RLOAD и RSENSE.

Применение MAX12900 в схемах с четырехпроводным передатчиком

Мы рассмотрели, как MAX12900 может быть применен в двух- и трехпроводных передатчиках. Реализация четырехпроводного решения по сравнению с ними очень проста, поскольку для датчика и ПЛК имеются отдельные контуры питания и земли.

Заключение

Ультрамалопотребляющий аналоговый формирователь сигнала MAX12900 производства компании Maxim Integrated для передатчиков 4…20 мА предлагает непревзойденный уровень гибкости в различных приложениях и идеально подходит для использования в промышленных датчиках для систем контроля и автоматизации, сигналы которых необходимо преобразовать в сигнал токовой петли 4…20 мА.

Ссылка на основную публикацию
Телефон греется и тормозит что делать
Почему тормозит устройство на Andro >Прежде чем перейти непосредственно к решению проблем, стоит указать на их причины. Зная о том,...
Стоит ли учиться на нефтяника
Добыча газа и нефти — очень популярная сфера в России. Именно поэтому большое количество выпускников стремится поступать на специальность «Нефтегазовое...
Стойка для аудио аппаратуры своими руками
Решил создать данную тему,т.к. думаю форумчанам будет интересно почитать, а кому то и поделиться личным опытом, по изготовлению своими руками...
Телефон завис на загрузке андроид
В результате поломки аппаратной части или сбоя в работе ОС любой Android-смартфон может перестать реагировать на кнопку включения. Частой можно...
Adblock detector