Schaltungstipp

Isolierter analoger Ausgangskanal mit HART-Anschluss

Seite: 3/5

Firmen zum Thema

DC-Überspannungsschutz

Die Schaltung in Bild 1 bietet Schutz vor Überspannungen von 36 bis −28 V DC. Dies bedeutet, dass die Schaltung in den Fällen geschützt ist, in denen eine DC-Versorgungsleitung versehentlich mit dem Ausgang verbunden wird.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Bei Überspannung werden die Versorgungen über die externen Schutzdioden höher oder niedriger „gezogen“. Der Widerstand zwischen diesen Dioden und den Ausgängen begrenzt den Spitzenstrom.

Die maximale/minimale Spannung an den ausgangsseitigen Anschlüssen wird durch die Durchbruchspannung an allen Schaltungen begrenzt, die mit dem Ausgang oder den Versorgungsspannungen verbunden sind. Die Strom- und Spannungsausgänge des AD5422 können von 48 bis -28 V tolerieren. Der AVSS-Eingang toleriert −28 V, der AVDD +48 V. Die Referenz ADR02 akzeptiert 36 V an ihrer Versorgung. Der ADC_IP Anschluss des AD5700-1 ist durch einen 150-kΩ-Widerstand geschützt. Dieser begrenzt Ströme, gefolgt von einem 300-pF-Kondensator, um DC-Strom zu blockieren. Andere ICs sollte man bei DC-Überspannung nicht höheren Spannungen aussetzen.

Schutz vor Transienten

Der AD5422 enthält ESD-Schutzdioden, die ihn vor Beschädigung bei normalem Gebrauch schützen. In der industriellen Steuerungsumgebung können I/O-Schaltungen jedoch wesentlich höheren Transienten ausgesetzt sein. Um den AD5422 vor übermäßig hohen Spannungstransienten zu schützen, sind eventuell externe Leistungsdioden und ein Widerstand zur Begrenzung von Stromspitzen erforderlich (Bild 1).

Die Einschränkung beim Widerstandswert im Stromausgangspfad (in Bild 1 als 18 Ω dargestellt) ist, dass im normalen Betrieb der Ausgangspegel an IOUT in seiner Spannungskonformitätsgrenze von AVDD –2,5 V bleiben muss und die zwei Schutzdioden und Widerstände die geeigneten Leistungswerte haben müssen. Mit 18 Ω und 4 bis 20 mA am Ausgang sinkt die Konformitätsgrenze am Anschluss um V = IMAX × R = 0,36 V.

Die Einschränkung beim Widerstandswert im Spannungsausgangspfad (in Bild 1 als 100 Ω dargestellt) ist, dass 0,8-V-Reserve über der Ausgangsspannung vorhanden sein muss. Der Einfluss dieses Widerstands lässt sich minimieren, indem man den +VSENSE-Eingang nutzt. Wie Bild 1 zeigt, ist der +VSENSE-Eingang durch einen 22-Ω-Widerstand geschützt. Es gibt auch einen korrespondierenden 22-Ω-Widerstand im –VSENSE-Pfad.

Diese zwei 22-Ω-Widerstände verursachen einen absoluten Verstärkungsfehler, der eventuell bei Zimmertemperatur auskalibriert werden muss; der Grund für diesen Fehler ist, dass es nur eine Impedanz von etwa 70 kΩ in der internen Rückkopplungsschaltung des AD5422 gibt. Der Vorteil der Messung der Spannung am Ausgang und nicht am Anschluss VOUT des AD5422 ist, dass über dem Schutzwiderstand für den Anschluss VOUT je nach Laststrom eine andere Spannung anliegt. Eine Messung am Anschluss vermeidet diese Fehlerquelle.

Weiteren Schutz bieten TVS (Überspannungsbegrenzer) oder so genannte „Transorbs“. Diese stehen als unidirektionale oder bidirektione Bauteile zur Verfügung und werden mit vielen verschiedenen Standoff- und Durchbruchspannungen angeboten. Der TVS mit der niedrigsten möglichen Durchbruchspannung sollte gewählt werden, da er nicht im funktionalen Bereich des Stromausgangs leitet. Wie bereits erläutert wird empfohlen, dass alle entfernt angeschlossenen Knoten geschützt werden.

Häufige Varianten

Diese Schaltung hat sich mit den gezeigten Bauteilewerten als gut funktionierend und mit hoher Stabilität und Genauigkeit bewährt. Falls die Anwendung nur den 4/20-mA-Stromausgang benötigt, kein ein Konzept mit unipolarer Versorgungsspannung verwendet werden. In diesem Fall kann die positive AVDD Versorgung für den AD5422 z.B. 24 V betragen. Die Ausgangskonformität ist dann 24 V – 2,5 V = 21,5 V. Mit einem Ausgangsstrom von 20 mA ist ein Lastwiderstand von bis zu 1 kΩ möglich.

Für Applikationen, die keine Auflösung von 16 Bit brauchen, ist der AD5412 verfügbar. Für Applikationen, die nur Stromausgänge benötigen, gibt es die 16- und 12-Bit-Modelle AD5420 und AD5410. Für Applikationen, die Spannungs- und Stromausgänge am gleichen Anschluss verlangen, ist in der Circuit Note CN-0278 eine Technik beschrieben. Falls kein Überspannungsschutz erforderlich ist, kann eine Referenz mit einer niedrigeren maximalen Versorgungsspannung wie etwa die Modelle ADR4550 oder ADR445 verwendet werden.

Die Isolatoren der Familie ADuM347x (ADuM3470, ADuM3471, ADuM3472, ADuM3473 und ADuM3474) bieten vier unabhängige Isolationskanäle in einer Vielzahl von Ein/Ausgangskanal-Konfigurationen. Diese Bauteile sind auch mit einer maximalen Datenrate von 1 Mbit/s (A Grade) oder 25 Mbit/s (C Grade) verfügbar.

Das Modem AD5700 kann statt des AD5700-1 verwendet werden; jedoch ist entweder ein externer Oszillator oder ein CMOS-Takt erforderlich.

(ID:40021680)