工業(yè)級(jí)0V至+10V數(shù)字電位器

現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的交流和直流電機(jī)通常通過可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行控制，其中工業(yè)機(jī)械電位計(jì)控制電機(jī)速度。這些電位計(jì)的游標(biāo)可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)磨損。本文討論一種使用少量固態(tài)表面貼裝器件的簡(jiǎn)單電路。它使用數(shù)字電位計(jì)來實(shí)現(xiàn)相同的性能，消除了游標(biāo)觸點(diǎn)磨損的問題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看可以節(jié)省資金。

現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的直流和交流電機(jī)通常由位于控制室中的可編程邏輯控制器 （PLC） 控制，遠(yuǎn)離過程。如果操作員必須在觀察過程時(shí)手動(dòng)設(shè)置電機(jī)速度，則選擇的組件通常是工業(yè)級(jí)電位計(jì)，其游標(biāo)產(chǎn)生0V至10V信號(hào)，反饋到控制室的電機(jī)控制器。這種電位器價(jià)格昂貴且容易磨損。磨損時(shí)，它們可以打開控制回路，使電機(jī)速度上升并失控。

只需幾個(gè)組件，即可實(shí)現(xiàn)用于工業(yè)應(yīng)用的可靠、低成本、全表面貼裝固態(tài)數(shù)字電位計(jì)（圖 1）。其結(jié)果是直接替代易磨損的機(jī)械電位計(jì)，并且在電氣外殼內(nèi)占據(jù)相同的空間。它從電機(jī)控制器以前提供給機(jī)械電位器的+10V獲取電源。固態(tài)電位器提供類似的 0V 至 10V 輸出，并為控制器提供高達(dá) 15mA 的電流。

圖1.這款固態(tài)工業(yè)電位器模擬等效的機(jī)械電位計(jì)，適合相同的空間。

該電路的關(guān)鍵是低功耗數(shù)字電位計(jì)IC，100kΩ版本（U3）。該 IC 配置為分壓器，在其最小和最大設(shè)置 （32V 和 0V） 之間提供 5 個(gè)離散電壓步進(jìn)的輸出。低功耗線性穩(wěn)壓器（U1）為U5、U2提供+3V電源軌，U3內(nèi)部提供電阻梯（最大額定值為+5V）。

PB1 和 PB2 構(gòu)成雙按鈕工業(yè)開關(guān)。PB1產(chǎn)生的每個(gè)高到低轉(zhuǎn)換都會(huì)使數(shù)字電位計(jì)的“游標(biāo)”增加一步（在切換PB2的同時(shí)按下PB1會(huì)使游標(biāo)遞減一步）。U2 是一種開關(guān)去抖動(dòng)器，除了去抖動(dòng)之外，它還在其輸出和開關(guān)動(dòng)作之間提供 40ms 的固定延遲。

為了提供電機(jī)控制器所需的0V至+10V輸出，單電源、軌到軌運(yùn)算放大器（U4）將U3輸出放大兩倍。該運(yùn)算放大器的輸入共模范圍（超出任一電源軌250mV），允許其產(chǎn)生0V至+10V輸出，如機(jī)械電位器。1%電阻R1和R2將運(yùn)算放大器增益設(shè)置為2V/V。

該電路的低靜態(tài)電流范圍為86V輸出時(shí)的0μA至+186V時(shí)的10μA。要降低此靜態(tài)電流，請(qǐng)選擇 U200 的 3kΩ 版本。由于運(yùn)算放大器在任何容性負(fù)載下都很穩(wěn)定，因此它可以輕松地驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)屏蔽多芯電纜返回控制室。全表面貼裝固態(tài)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于 2 類外殼很重要：其較低的功耗在電氣外殼內(nèi)產(chǎn)生的熱量更少。

審核編輯：郭婷