工業(yè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器：如何保護二線制變送器

在熟知變送器設(shè)計和運行的前提下，本文將討論如何設(shè)計保護這些系統(tǒng)的電路。圖1為基本的二線制變送器設(shè)計供參考。

二線制變送器保護電路需要保護該系統(tǒng)面臨的兩種風險：

工業(yè)瞬態(tài)過電和輻射發(fā)射。

變送器端反接。

IEC61000-4測試標準復(fù)制了幾種常見的工業(yè)瞬態(tài)信號和輻射發(fā)射情況，我的同事Ian Williams在其系列文章中對此作了介紹，點擊此處進行閱讀。簡而言之，這些測試中電壓為高壓，有時電流也很高，而且為瞬時過程，能夠很輕易地破壞敏感的模擬元件。為了保護二線制變送器不受這些信號的損壞，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二極管是簡單的鉗位設(shè)備，在其兩端的電壓超過擊穿電壓后會導(dǎo)通。TVS二極管有多個擊穿電壓選項，擊穿電壓應(yīng)當根據(jù)二線制變送器設(shè)計中穩(wěn)壓器能承受的最大電壓進行選擇。低反向漏電流也是需要考慮的重要問題，因為漏電流會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。可以選擇使用串聯(lián)電阻限制變送器的電流，但是電阻產(chǎn)生的電壓降會增加變送器設(shè)計的順從電壓，而這往往是需要避免的。而磁珠在直流電路中的阻抗較低，也不會增加設(shè)計的順從電壓，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，包含了一個可選擇的電容，幫助進一步減弱瞬態(tài)過電。

變送器還需要保護避免發(fā)生供電和回路端的反接。因為誤接是有可能發(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，變送器不會受到反向電流的損壞，但是在恢復(fù)正確連接以前不會正常工作。

另一種反接保護解決方案是以橋型連接的方式放置四個二極管，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，二極管橋會對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都能正常工作。