4 a 20 mA de bucles actuales: ¿las mejores prácticas de potencia y de receptor?

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Un cliente quiere que agregue una placa de expansión a mi plataforma de computación industrial para manejar múltiples bucles de 4 a 20 m. Actualmente, quiere alimentar el bucle y recibir datos de los transductores. He investigado un poco y he descubierto que, por lo general, cada receptor tiene una resistencia de 250 ohmios para convertir el rango de 4-20ma en 1-5V. 12-36V (24V nominal) parece típico para los requisitos de energía.

Sin embargo, los ejemplos para los receptores parecen demasiado simplificados. Una resistencia simple de 250 ohmios tendría que ser de 6W + para manejar una línea de 36V en cortocircuito, por ejemplo.

Aquí están las áreas problemáticas tal como las veo:

1) Acortando el rendimiento. Espero que el sistema maneje cortos de bucle indefinido.

2) Aislamiento. ¿Qué tan importante es el aislamiento? Veo una nota de que los bucles separados alimentados por la misma fuente podrían inducir bucles a tierra. Esto complicaría el soporte de múltiples canales. Actualmente, estoy ignorando esto.

3) Receptores múltiples. Si quieren encadenar receptores, 250 ohmios parecen limitantes. ¿Sigue siendo esto común? ¿Podría usar, por ejemplo, 50 ohmios para reducir la caída de voltaje? Supongo que eso sería reducir mi inmunidad al ruido por un factor de cinco.

4) Eventos de sobretensiones. Creo que pondré un diodo en serie, un diodo paralelo y un Bourns supresión de sobretensiones IC por línea.

Voy a establecer un objetivo y diré 4 canales de hasta 36V de voltaje de bucle.

Estoy tentado de aumentar mi entrada del sistema de 12-36 V a 40 V y usar un amplificador de potencia para dejar caer la corriente del bucle. Podría usar un amplificador de potencia como el OPA452 para cada canal, lo que brindaría protección contra cortocircuitos y selección de voltaje por canal.

¿Lo estoy pensando demasiado? ¿No pensándolo lo suficiente? ¿Simplemente coloco cuatro resistores de 250 ohmios y ADC en paralelo atados a una fuente de 24 V y lo llamo un día? (principalmente retórica)

Pregunta de bonificación: ¿Cuál es la mejor manera de transmitir de 4 a 20más señales? ¿Debo usar algo como un AD421 ?

    
pregunta darron

3 respuestas

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  1. Cortocircuito. Como lo menciona Olin Lathrop, la fuente de alimentación (en el receptor) que envía la energía a los sensores debe estar limitada por la corriente. Supongamos que la fuente de alimentación que impulsa el bucle es de +40 VCC, pero la corriente está limitada a alrededor de 30 mA, quizás utilizando un LM317 y una resistencia de 47 ohmios en circuito de" límite actual " que se muestra en la hoja de datos LM317 y en" Circuito simple para limitar la corriente a través de una pregunta FET ". (No importa si el límite de corriente está en serie con la línea "hi" que sale al sensor, o en serie con la línea "lo" que regresa del sensor a la resistencia de 250 Ohm, o ambas). Si ocurre algo horrible y las dos líneas que salen al sensor están en cortocircuito, el LM317 limita la corriente a 30 mA a través del corto y a través de la resistencia de detección de 250 ohmios, lo que da como resultado 7.5 V a través del resistor de detección (o tal vez solo 5,6 V a través del sensor). la resistencia con una configuración diferente de diodos de protección ADC), cero V en el corto, y el resto de los +40 VDC está en el limitador de corriente LM317. Eso da en el peor de los casos 30 mA * 7.5 V = 0.225 W, por lo que un solo resistor común de un vatio-vatio puede (apenas) manejarlo indefinidamente. El LM317 tiene protección térmica contra sobrecargas y puede soportar la corriente completa de 40 VDC y 30 mA por tiempo indefinido.

  2. Aislamiento. Los dos cables que salen a cada sensor deben estar aislados, y cada sensor en sí mismo no debe tener ningún otro cable de corriente conectado, por lo que cada sensor está bastante bien aislado de todos los demás (incluso si las líneas "hi" para todos los sensores están conectados juntos en el receptor). La corriente que entra en cualquier objeto bien aislado debe ser igual a la corriente que sale de ese objeto (los electrones generalmente no saltan de los cables), por lo que no veo ninguna ruta para "bucles de tierra" en ninguna parte. La principal ventaja de la detección de bucle de corriente es que es mucho más fácil aislar los cables de bucle de corriente para proporcionar una corriente de fuga prácticamente nula que hacer que los cables de detección de voltaje sean altamente conductores para proporcionar una caída de voltaje prácticamente nula.

  3. Receptores múltiples. No importa lo que hagas, no puedes tener cientos de receptores a lo largo de un bucle. Supongo que podrías sacrificar el rechazo del ruido y utilizar resistores de detección de 50 ohmios para obtener algunos receptores más antes de que no funcione. Pero eventualmente, se ve forzado a (a) usar dispositivos "Current Loop Repeater", o bien (b) usar "caída de voltaje cero" convertidores de corriente a voltaje también conocido como" amplificadores de transimpedancia ". Lamentablemente, algunos receptores asumen que pueden conectar un extremo de la resistencia de detección de 250 ohmios a tierra de seguridad, eso funciona bien siempre que sea el único receptor que lo haga; la conexión de solo 2 de estos receptores en un bucle a un sensor causa datos erróneos.

  4. Supresión de sobretensiones. Suena bien, posiblemente ya un poco de exageración. Tal vez agregue un Zener para proteger el ADC de sobretensión y tensión inversa.

respondido por el davidcary
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El valor de disipación de energía no se suma. Un dispositivo receptor solo ve hasta 20 mA de corriente. El voltaje que ve depende de lo que haga con esa corriente, pero si se usa una resistencia de 250Ω, entonces el voltaje será de 5V máximo. 5V * 20mA = 100mW.

En el peor de los casos, el bucle completo solo llega a 20 mA * 36 V = 720 mW. Un remitente disipará esta cantidad si fuera el único dispositivo en un bucle de 36 V y está indicando escala completa (20 mA). Esto se reduce en 100 mW para cada receptor en el bucle que cae 5 V a escala completa.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Esta respuesta no es en absoluto completa, pero es un comienzo cuando se piensa en detectores con aislamiento galvánico:

Este detector es un diseño de Bob Pease , y hay un bastante reciente, versión actualizada , también.

Estaimagenessolounresumen,porfavorveaeltextocompletoenelenlacealartículoenlíneaenlarevistadediseñoelectrónicoarriba.

Lamejoraenelusodesolounaresistenciacomoconvertidordecorrienteavoltajeyelhechodetenerquehacerfrenteasusimportantespérdidasdepotenciaesqueelcircuitosugeridoutilizaunareferenciadevoltajequelimitalapotenciaatravésdelaresistenciadedetección.

Aquíhayalgunaslecturassugeridasparalostransmisores,citadasenlanotadeaplicación300deNationalSemiconductor(comosemuestraarriba):"Los circuitos para hacer transmisores de 4-20 mA se encuentran en LM10 , LM163 , y LH0045 hojas de datos. "

Se invita a otros a editar esta respuesta y cubrir otros aspectos de la pregunta original.

    
respondido por el zebonaut

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