ZHCADT1 February 2024 MSPM0L1306
在工业自动化和控制领域,双线制环路供电 4-20mA 现场变送器很常见,因为它能准确可靠地远距离传输信号。电流环路能够在数百米甚至数千米范围内保持信号完整性,这在很大程度上归功于电流信号能够稳健处理长线缆上引入的电气噪声。与电压信号不同,基于电流的信号不易受到压降和电磁源干扰的影响,从而确保了传感器和控制系统之间的通信路径稳定可靠。
但本质上,工业现场通常需要热电偶等传感器直接接触接地金属结构,而它们通信的控制系统可以参考不同的地电位。这种电势差会产生接地环路电流,由于所涉及的距离较长,这会导致信号中引入不需要的噪声和潜在偏移,从而显著降低测量精度。为了缓解这些问题,实施电气隔离势在必行。
图 2-11 展示了隔离型双线制环路供电 4-20mA 温度变送器系统的典型方框图,旨在将传感器测量数据转换为 4-20mA 环路电流信号,其中展示了通信总线和系统电源的电流流动情况。在正常运行条件下,变送器发送器的总流耗必须小于实际环路电流。任何独立子电路(包括隔离式直流/直流电路)节省下来的功率均可重新分配到系统的其他电路块。这可以优化其他功能,最终实现更高效的终端产品。由于电源电流预算有限,因此必须采用高效的电源设计。本应用手册将重点介绍图 2-11 红框内的隔离式直流/直流设计,而设计 3 更适用于系统非隔离侧已经有 MCU 的情况,见蓝色框中所示。此外,这些设计具有灵活性,还可针对需要小尺寸、高效功率转换和隔离式数据传输的各种应用进行定制,尤其是当这些应用必须由电流可用性受限的电源供电时。