Schaltungstipp

Isolierter analoger Ausgangskanal mit HART-Anschluss

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Isolierter Versorgungsbereich

Die Reserve, die der AD5422 am Spannungsausgang braucht, beträgt maximal 0,8 V. Der Stromausgang benötigt eine Reserve von maximal 2,5 V. Deshalb ist eine Versorgungsspannung von >12,5 V erforderlich, um an einer 500-Ω-Last 20 mA zu liefern. In dieser Schaltung ist die minimale Versorgungsspannung (Übertemperatur) nicht niedriger als 13,5 V, was einiges an zusätzlicher Reserve ermöglicht.

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Die ADuM347x-Modelle sind vierkanalige Digitalisolatoren mit integrierten PWM-Controllern (Pulseweiten-Modulation) und Transformatortreiber (X1 und X2) mit niedriger Impedanz. Als einzige zusätzliche Bauteile für einen isolierten DC/DC-Wandler sind ein Transformator und ein einfacher Vollwellen-Gleichrichter erforderlich. Die Bauteile liefern bis zu 2 W geregelte Ausgangsleistung, wenn sie eingangsseitig mit 5,0 oder 3,3 V versorgt werden. Dies erspart einen separaten, isolierten DC/DC-Wandler.

Die iCoupler-Transformatortechnologie dient zur Isolation der Logiksignale. Der integrierte Transformatortreiber mit isolierter, sekundärseitiger Steuerung bietet eine hohe Effizienz für den isolierten DC/DC-Wandler. Die interne Oszillatorfrequenz ist von 200 kHz bis 1 MHz einstellbar und wird über den ROC-Wert vorgegeben. Bei ROC = 100 kΩ beträgt die Schaltfrequenz 500 kHz.

Die Regelung erfolgt von der positiven 15-V-Versorgung. Die Rückkopplung für die Regelung kommt vom Widerstandsteilernetzwerk (R1 und R2). Die Widerstände werden so gewählt, dass die Rückkopplungsspannung 1,25 V beträgt, wenn die Ausgangsspannung 15 V ist. Die Rückkopplungsspannung wird mit der internen Rückkopplungs-Setpoint-Spannung des ADuM3471 von 1,25 V verglichen. Eine Regelung wird erzielt, indem man das Tastverhältnis der PWM-Signale, die den externen Transformator treiben, variiert.

Die negative Versorgung ist lose geregelt und könnte ohne Last −26,4 V betragen. Deshalb wurde eine 25-V-Zenerdiode in die negative Versorgung gelegt. Diese Diode zieht einen kleinen Strom von der Versorgung, wenn sie gering belastet ist. Allerdings stellt sie ein Clamping bei etwa 25 V sicher.

Ein weiteres Konzept ist, einen Isolationstransformator mit einem Wicklungsverhältnis von 4:1 zu verwenden; ohne Last wird die negative Versorgung nicht so niedrig. In Applikationen, die höhere Spannungen verlangen oder nur sehr wenig Energie verbrauchen dürfen, sollte man ein anderes Stromversorgungsdesign verwenden.

Eingangsleistung

Die Schaltung in Bild 1 wird mit 24 V versorgt. Der ADP2441 wird verwendet, um die 24 V auf 5 V zu regeln, um alle Schaltungen auf der Controller-Seite zu versorgen.

Der ADP2441 hat eine große Toleranz an seiner eingangsseitigen Versorgungsspannung. Dies macht ihn zum idealen Bauteil, das die industrieübliche Spannung von 24 V akzeptiert. Da der ADP2441 bis zu 36 V akzeptiert, lässt sich ein zuverlässiger Transientenschutz am Eingang wesentlich einfacher realisieren.

Der ADP2441 verfügt ferner über eine Reihe anderer Sicherheits-/Zuverlässigkeitsfunktionen wie UVLO (Undervoltage Lockout), eine Präzisions-enable Funktion, einen „Power Good“-Anschluss und eine Überstromschutzschaltung. Er erreicht bei 24 V am Eingang und 5 V am Ausgang einen Wirkungsgrad von bis zu 90%.

Isolation

Der Leistungsisolationsschaltkreis des ADuM3471 beinhaltet vier komplett isolierte Spannungskanäle mit einer spezifizierten Isolation von 2,5 kV. Diese vier Kanäle werden verwendet, um die vier Datenleitungen des AD5422 (SCLK, LATCH, SDIN und SDO) zu isolieren. Die Isolation der SDO-Leitung ist für den Betrieb der Schaltung unwesentlich; jedoch ermöglicht sie den Zugang zu Diagnose- und Fehlerfunktionen sowie ein Zurücklesen der Register.

Der ADuM3482 ist ein für eine Isolationsspannung von 3,75 kV ausgelegter vierkanaliger Digitalisolator in einem 20-poligen SSOP-Gehäuse (7,2 mm × 7,8 mm). Der Core des ADuM3482 arbeitet mit einer Spannung von 3,0 und 5,5 V, während die I/O-Versorgung von 1,8 bis 5,5 V variieren kann. Diese Bauteile können zum direkten Anschluss an die 1,8-V-Logik verwendet werden. Dieser Isolator dient dazu, die UART-Signale für das HART-Modem AD5700-1 zu isolieren.

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