工业级0V至+10V数字电位器

现代工业系统中的交流和直流电机通常通过可编程逻辑控制器（PLC）进行控制，其中工业机械电位计控制电机速度。这些电位计的游标可能会在一段时间内磨损。本文讨论一种使用少量固态表面贴装器件的简单电路。它使用数字电位计来实现相同的性能，消除了游标触点磨损的问题，从长远来看可以节省资金。

现代工业系统中的直流和交流电机通常由位于控制室中的可编程逻辑控制器 （PLC） 控制，远离过程。如果操作员必须在观察过程时手动设置电机速度，则选择的组件通常是工业级电位计，其游标产生0V至10V信号，反馈到控制室的电机控制器。这种电位器价格昂贵且容易磨损。磨损时，它们可以打开控制回路，使电机速度上升并失控。

只需几个组件，即可实现用于工业应用的可靠、低成本、全表面贴装固态数字电位计（图 1）。其结果是直接替代易磨损的机械电位计，并且在电气外壳内占据相同的空间。它从电机控制器以前提供给机械电位器的+10V获取电源。固态电位器提供类似的 0V 至 10V 输出，并为控制器提供高达 15mA 的电流。

图1.这款固态工业电位器模拟等效的机械电位计，适合相同的空间。

该电路的关键是低功耗数字电位计IC，100kΩ版本（U3）。该 IC 配置为分压器，在其最小和最大设置 （32V 和 0V） 之间提供 5 个离散电压步进的输出。低功耗线性稳压器（U1）为U5、U2提供+3V电源轨，U3内部提供电阻梯（最大额定值为+5V）。

PB1 和 PB2 构成双按钮工业开关。PB1产生的每个高到低转换都会使数字电位计的“游标”增加一步（在切换PB2的同时按下PB1会使游标递减一步）。U2 是一种开关去抖动器，除了去抖动之外，它还在其输出和开关动作之间提供 40ms 的固定延迟。

为了提供电机控制器所需的0V至+10V输出，单电源、轨到轨运算放大器（U4）将U3输出放大两倍。该运算放大器的输入共模范围（超出任一电源轨250mV），允许其产生0V至+10V输出，如机械电位器。1%电阻R1和R2将运算放大器增益设置为2V/V。

该电路的低静态电流范围为86V输出时的0μA至+186V时的10μA。要降低此静态电流，请选择 U200 的 3kΩ 版本。由于运算放大器在任何容性负载下都很稳定，因此它可以轻松地驱动长屏蔽多芯电缆返回控制室。全表面贴装固态结构的另一个优点对于 2 类外壳很重要：其较低的功耗在电气外壳内产生的热量更少。

审核编辑：郭婷