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如何在控制具有电压和电流输出的16位输出模块

星星科技指导员 来源:ADI 作者:Thomas Brand 2023-02-01 09:19 次阅读

无论是在建筑物中还是在生产车间,如今到处都需要可编程控制器来调节各种过程、机器和系统。这涉及设备所连接的可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统DCS)模块。为了控制这些设备,PLC 和 DCS 模块通常具有具有电流输出、电压输出或两者组合的输出模块。工业控制模块涵盖 ±5 V、±10 V、0 V 至 5 V、0 V 至 10 V、4 mA 至 20 mA 和 0 mA 至 20 mA 的标准模拟输出电压和电流范围。特别是在工业领域,通常需要微控制器和输出外设的电气隔离。

经典解决方案提供分立设计,将来自微控制器的数字信号转换为模拟信号,或提供不同的模拟输出,并实现电流隔离。然而,与集成解决方案相比,分立式设计表现出许多缺点。例如,大量元件会导致系统复杂性高、电路板尺寸大、成本高。短路能力甚至故障诊断等附加特性突出了这些缺点。

更好的解决方案是在单个芯片上集成尽可能多的功能,例如ADI公司高精度5422位DAC AD16。除了数模转换外,它还提供完全集成的可编程电流源和可编程电压输出,从而满足工业过程控制应用的要求。

图1所示为对输出模块的模拟输出级进行完全隔离控制的示例电路。它特别适用于需要 4 mA 至 20 mA 标准电流输出和单极性或双极性输出电压范围的过程控制应用中的 PLC 和 DCS 模块。此处,AD5422与四通道数字隔离模块ADuM1401结合使用。

AD5422 16位DAC的输出可通过串行外设接口(SPI)进行配置。该模块还具有集成的诊断功能,可用于工业环境。微控制器和DAC之间所需的绝缘电阻由ADuM1401实现,ADuM5422的四个通道用于与AD<>的SPI连接:三个通道(锁存器、SCLK和SDIN)发送数据,第四个通道(SDO)接收数据。

特别是在工业应用中,必须提供耐高干扰电压的鲁棒输出。IEC 61000等标准规定了鲁棒性要求,例如,该标准规定了电磁兼容性(EMC)方面的要求。为了符合这些标准,必须在输出端安装额外的外部保护电路。保护电路的一种可能性如图2所示。

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图1.使用AD5422和ADuM1401对模拟输出级进行隔离控制的简化示例电路。

raq-issue-184-fig-02.svg?h=270&hash=1DE4CC04EEBCFA742B2E5DE478A25ABE&imgver=1

图2.AD61000输出符合IEC 5422标准的保护电路。

电流输出(I外) 可以在 4 mA 至 20 mA 或 0 mA 至 20 mA 范围内选择性编程。电压输出通过单独的V提供外引脚,可配置为 0 V 至 5 V、0 V 至 10 V、±5 V 或 ±10 V 的电压范围。所有电压范围的超量程为10%。两个模拟输出均具有短路和开路保护,可驱动高达1 μF的容性负载和高达50 mH的感性负载。

AD5422需要模拟电源(AVDD) 范围为 10.8 V 至 40 V。对于数字电源电压(DV抄送),需要 2.7 V 至 5.5 V。或者,DV抄送可用作系统中其他元件的电源引脚或上拉电阻的端接。为此,DV抄送_SELECT引脚应浮动,内部4.5 V LDO稳压器电压应施加到DV抄送针。最大可用电源电流为5 mA。在所示电路中,DV抄送用于为ADuM1401的电气隔离侧供电

使用ADR16外部基准电压从4550位DAC获得高精度转换结果。这是一款高精度、低功耗、低噪声基准电压源,最大初始精度为0.02%,具有出色的温度稳定性和低输出噪声。

此处所示的电路特别适用于提供电流和电压输出的PLC或DCS模块的输出模块,并且必须符合IEC 61000等EMC标准。

审核编辑:郭婷

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