摘要: 这款环路供电的4-20mA精密变送器包括一个精密PWM信号耦合器,与PWM信号源进行电隔离。外部PWM编码信号是由微控制器或PWM调制器产生的矩形波形,通常由微控制器从传感器输出或电平运行的控制算法产生。
图1的电路包括一个环路供电的4-20mA精密变送器(MAX4236、BSP149和MAX6138A),具有大遵从性输出级,以及一个与PWM信号源进行电隔离的精密PWM信号耦合器。
外部PWM编码信号是由微控制器或PWM调制器产生的矩形波形,通常由微控制器从传感器输出或电平运行的控制算法产生。输入信号占空比表示原始信号占任意参考值的百分比。在这种情况下,调整pwm耦合器值,使0%占空比对应于发射机4mA, 100%占空比对应于20mA。
NC7NZ17#1(带施密特触发输入的TinyLogic UHS三重缓冲器)的A和B部分形成双极边缘检测器,对变压器T1的3匝初级电压施加20ns短脉冲。该脉冲的极性取决于被检测到的输入边缘的符号。
在二次点T1,脉冲设置或复位由缓冲器#2A与二次点组成的触发器,从而将输入信号复制到#2A的输出端。T1是围绕Fair-Rite铁氧体铁芯构建的3到2匝变压器,型号2673000101。它的小尺寸(直径3.5mm,长度3.25mm)产生<初级和次级电容的1pF。它能承受的最大电压取决于所使用的电线绝缘和T1的安装方式。
剩余的两个缓冲部分(B和C)并联连接,其输入连接到触发器输出。它们的输出产生精确的信号,其占空比与输入信号相同,但提供精确和稳定的低/高值-这要归功于精确跟踪轨道电压的CMOS输出,以及用作发射器电源的精度参考(MAX6138A)。
并联的缓冲输出驱动一个低通滤波器,其输出是重构的PWM输入信号的平均值,参考发射机电源电压值(2.5V精度基准)。这个平均值是输入信号占空比的稳定且非常线性的。在耦合器内的快速传播(<30 ns H
L和L
H),其偏度较小(<2ns)确保耦合器的数字部分引入的非线性可以忽略不计。恢复的平均值驱动发射器输出,在0%占空比时产生4mA,在100%时产生20mA。对于在500Hz到50kHz范围内的PWM输入频率,电路工作时耦合器插入误差小于0.1%。
在上电、失电或输入信号丢失之后,图1电路的输出状态可以保持不确定状态,直到下一个输入过渡边之后。图2中的电路通过“输入转换损耗检测器”消除了这种模糊性。当被大约3ms的间隔触发而没有转换时,它将发射器直接连接到光耦合器的输出。光耦合器感知它所在的输入线的状态,并将该状态施加到输出电流上。即H态= 100%占空比
20mA, L状态= 0%占空比
4马。不使用光耦合器进行PWM耦合的原因包括其更长的传播时间,以及在任何合理的低电源电流水平下其大的、温度相关的传播倾斜。
图2中的过渡损耗检测器由两个开关ic (MAX4636)组成。电路下半部分的电路在输入信号的每一个周期放电一个2.2nF电容器。如果超过3ms的时间间隔没有过渡,电容器充电到触发缓冲器#2B的施密特触发输入的电平。反过来,这个缓冲器驱动第二个开关(电路的上半部分)将缓冲器#2C的输入从耦合器的PWM输出切换到光耦合器输出,从而复制(现在是静态的)输入线。MAX4236, MAX6138A和MAX4636的数据表可在。
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