¿Por qué baja el voltaje regulado?

Para aquellos que no están familiarizados con los sensores de 4-20 mA y los bucles de control, se usan comúnmente en sistemas de control industrial. Tienen varias ventajas y se han enumerado en ¿Por qué el cero está representado por 4mA en los sistemas de control industrial de 4 - 20 mA? . Basta con decir que el autor está construyendo un sensor que funciona con el bucle. Tiene que funcionar cuando hay menos de 4 mA disponible para alimentar su electrónica interna.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Este concepto de diseño inicial no funcionará bien ya que la resistencia de detección de corriente, R3, no monitorea la corriente que pasa de 0.4-2 V y U3-A.

Una breve búsqueda en imágenes web arrojó una nota de la aplicación Maxim High-Performance, High- El transmisor de precisión de bucle de corriente de 4-20 mA cumple con los requisitos industriales más estrictos , que muestra un esquema muy cercano a los OP's.

Figura2.Enesteesquema,vemosqueunaGNDsehacreado10Ωporencimadelcablenegativodelsensor.LaretroalimentacióndeR-senseesproporcionadaporR2.Esteesquemaincluirátodalacorrienteinternadeldispositivoenelcontroldecorrientedesalida.

TodalacorrientedechipensudiseñoseestáejecutandoatravésdeR1causandounacaídadevoltajesignificativa.TengaencuentaqueeneldiseñoMaximlaadicióndeU4,unreguladordevoltajeLDO(bajacaída),paraalimentarloschips,mientrasqueU3,lareferenciadevoltajedeprecisión,soloalimentaaVref.Probablementedeberíahacerlomismo,aunquesitienesuficienteespacioparaelsuministro,unreguladorlinealregularpodríahacereltrucosisucorrientedereposonoesdemasiadogrande.

ValelapenaleerlanotadelaaplicaciónMaxim.

  

[ComentarioOP:]Entonces,¿recomiendaalgúncircuitobásicoparasuministrar6V(puedevariar)3.5mAmáx?Comoquierounbucledecorrientede4-20mA,micircuitodeberíaconsumirmenosde4mA.TL431parecenoserlamejoropción.

ElTL431funcionacomounreguladordederivacióndelaformaenquelotiene.Esosignificaqueamedidaqueaumentaelvoltajedeentrada,sedesvía(ydesperdicia)lacorrienteatierra.ColoqueunreguladordevoltajecomolosugiereMaximysolouseelTL431comoreferencia.Deacuerdoconla hoja de datos de TL431 setion 9, " para que este dispositivo se comporte como debe suministrarse un regulador de derivación o un amplificador de error, > 1mA (Imin (max)) en el pin del cátodo. "Creo que solo necesita dimensionar la resistencia para darle esa cantidad de corriente. Eso te deja con 2 mA para el resto de tu circuito.

  

[Comentario de OP:] Veré lo que puedo hacer ya que solo tengo el TL431 por ahora.

^{simular este circuito}

Figura 3. Uso del TL431 con un seguidor de voltaje.

El arreglo de la Figura 3 puede salvarte por ahora. Ajuste la corriente a través del TL431 lo más bajo posible (asegurándose de que funcionará correctamente) a la tensión de alimentación mínima. Dado que 20 mA caerán 10 V a través de su resistencia de carga de 500 Ω (R2), esto le deja con 14 V en el sensor, menos caídas de voltaje del cable y 24 V de tolerancia. Permitir algo de corriente para la base del transistor también. El transistor no cortará ninguna corriente. Simplemente se abrirá lo suficiente para mantener la salida de voltaje requerida.

El TL431 requiere aproximadamente 0.3 mA para mantener la regulación. En su circuito, está configurado para un voltaje de derivación de 6 V y se alimenta con un 4.8k & ohm; resistencia, por lo que para entregar 3.6 mA necesita una tensión de alimentación de al menos 4.8k & ohm; * (3.6mA + 0.3mA) + 6V = 24.72V. ¡Pero solo tienes 24V!

Lo que es peor, la caída de voltaje en R2 y R3 reduce el voltaje en R1, por lo que alimenta menos corriente a U2 a medida que aumenta la corriente del bucle. Además, muchos dispositivos receptores tienen una caída de voltaje significativa incluso a baja corriente (¿es esto lo que se supone que representa R2 en su circuito?).

Alimentar el regulador de derivación con una resistencia es incompatible con un bucle de corriente de 4-20 mA porque es intolerante a la caída de voltaje causada por el cableado y los receptores. Debe alimentarlo con una corriente constante (tal vez a través de un diodo de corriente constante o un regulador IC de corriente) para que la caída de voltaje de la línea no haga que el regulador de corriente de la corriente pase de hambre.

R15 también reduce la salida de voltaje máximo de su transmisor porque cae alrededor de 9V cuando el circuito está produciendo 20mA. Quizás no necesite el voltaje máximo para accionar un instrumento en particular, y puede que solo esté usando 24V porque es lo que tiene (en cuyo caso, R15 podría ayudar a reducir la disipación en Q1). Sin embargo, esto está limitando la aplicación de su dispositivo.