如何設(shè)計(jì)保護(hù)這些系統(tǒng)的電路

在之前的博文中，我說明了如何設(shè)計(jì)工業(yè)自動(dòng)化用二線制或回路供電模擬輸出。在熟知變送器設(shè)計(jì)和運(yùn)行的前提下，本文將討論如何設(shè)計(jì)保護(hù)這些系統(tǒng)的電路。圖1為基本的二線制變送器設(shè)計(jì)供參考。

二線制變送器保護(hù)電路需要保護(hù)該系統(tǒng)面臨的兩種風(fēng)險(xiǎn)：

工業(yè)瞬態(tài)過電和輻射發(fā)射。

變送器端反接。

IEC61000-4測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)復(fù)制了幾種常見的工業(yè)瞬態(tài)信號(hào)和輻射發(fā)射情況，我的同事Ian Williams在其系列文章中對(duì)此作了介紹，點(diǎn)擊此處進(jìn)行閱讀。簡(jiǎn)而言之，這些測(cè)試中電壓為高壓，有時(shí)電流也很高，而且為瞬時(shí)過程，能夠很輕易地破壞敏感的模擬元件。為了保護(hù)二線制變送器不受這些信號(hào)的損壞，供電端和/或回路端電壓和電流必須加以限制。

雙向瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管是限制兩端電壓的完美元件。TVS二極管是簡(jiǎn)單的鉗位設(shè)備，在其兩端的電壓超過擊穿電壓后會(huì)導(dǎo)通。TVS二極管有多個(gè)擊穿電壓選項(xiàng)，擊穿電壓應(yīng)當(dāng)根據(jù)二線制變送器設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓器能承受的最大電壓進(jìn)行選擇。低反向漏電流也是需要考慮的重要問題，因?yàn)槁╇娏鲿?huì)降低變送器的精確度。

變送器兩端之間添加TVS二極管可以限制電壓，但是還需要另外的元件限制變送器的電流?？梢赃x擇使用串聯(lián)電阻限制變送器的電流，但是電阻產(chǎn)生的電壓降會(huì)增加變送器設(shè)計(jì)的順從電壓，而這往往是需要避免的。而磁珠在直流電路中的阻抗較低，也不會(huì)增加設(shè)計(jì)的順從電壓，但仍能提供限制瞬態(tài)過電的串聯(lián)電流。圖2為根據(jù)上述方法的完整設(shè)計(jì)，包含了一個(gè)可選擇的電容，幫助進(jìn)一步減弱瞬態(tài)過電。

變送器還需要保護(hù)避免發(fā)生供電和回路端的反接。因?yàn)檎`接是有可能發(fā)生的。一種方法是在供電和回路電路上添加串聯(lián)二極管，阻止反向電流。在這種情況下，變送器不會(huì)受到反向電流的損壞，但是在恢復(fù)正確連接以前不會(huì)正常工作。

另一種反接保護(hù)解決方案是以橋型連接的方式放置四個(gè)二極管，如圖3中的完整解決方案所示，在變送器和TVS二極管/磁珠之間。在這種配置下，二極管橋會(huì)對(duì)供電和回路連接起到整流作用，使變送器在連接至供電和回路任意一端時(shí)都能正常工作。

本文是工業(yè)DAC系列的最后一篇，通過這一系列文章，應(yīng)當(dāng)能夠掌握工業(yè)模擬輸出模塊設(shè)計(jì)與保護(hù)的基本知識(shí)。如果您希望在未來的文章中更多地了解某一方面的知識(shí)，請(qǐng)?jiān)谙旅嬖u(píng)論區(qū)留言。

審核編輯：何安