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[参考译文] 4-20mA 电流环路工业应用

Guru**** 2392715 points
Other Parts Discussed in Thread: INA190, INA240, ADS131A04, THP210, INA149

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/925020/4-20ma-current-loop-industrial-application

主题中讨论的其他器件:INA190INA240ADS131A04THP210INA149

尊敬的 TI 专家:

数据转换器论坛再次为我提供指导。

我正在为工业应用设计多通道精密数据采集板。
系统由电池供电、因此我们将讨论低功耗设计。 下图显示了系统架构

通道是一组中的软件配置为电压或电流输入。  

  • 在电压模式下、  
    •  在 ADS131A04 ( 伪差分)对模拟信号(单端)进行采样和缓冲之前、模拟信号(单端)进行多路复用和缓冲
    • 数字信号通过开关(可选)路由到 I/O 扩展器
  • 在电流模式下、2个通道引脚用于环路+/-  
    • 基本思路是测量精密分流电阻器上的电压  


在应用中、我们无法控制连接的4-20mA 传感器、即24V ~ 48V 电源、 分流器可能是相对于电源的高侧或低侧
为了避免接地回路并保持隔离、在分流器上测量一个差分电压、这里的问题是共模电压(VCM)

1) 1)您是否看到上述方案存在任何问题、或我是否需要使用全差分放大器(FDA)来改变 VCM?
2)如果我们必须使用 FDA、则会应用相同的参数、以及如何保护 FDA 输入免受宽 VCM 范围的影响?
3) 3)我查看的是 INA190 / INA240、但我不确定 VCM 在实际应用中是否足够。

我假设我们可以使用桥式整流器来保证 分流器始终出现在低侧、
4) 4)这是否足以防止高 VCM 并直接进入 ADC 差分输入?

5)#5)为了提供保护、我可能必须在多通道复用之前分离电压/电流路径、是否有一个 TI 器件可用于此目的、或者是否只有 SPDT 继电器?  


最棒的
AJ

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    Alex、  

    因为您在这篇文章中提到了 ADS131A04、所以我想他们在数据转换器中将这个线程推向了我的方向。 必须等到早上、但我会尝试让线性组中的某个人回答这个问题(可能也会提醒隔离区中的一些朋友注意这个帖子)。

    吴约瑟

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    非常感谢 Joseph。 感谢你的帮助:-)

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    Alex、

    我的一位线性应用同事向我发送了以下消息:

    *****

    我并不完全遵循分流器与48V 高侧或低侧的连接方式;方框图没有详细描述共模条件。

    THP210等 FDA 在 G=1时由+36V 电源供电、并使用10kOhm 输入和10kOhm 反馈电阻器、可在分流器(或5V 差分信号)上获取1V 的电压、共模输入最高可达+48V。  FDA 将在其输入端子处看到大约~26V 的共模、这是因为输入和反馈电阻器形成的分压器。  但是、我不确定我是否理解所有基于原理图的共模条件、他说他无法控制共模;因此、如果出现共模为负的情况、这可能会使器件超出共模范围。  此外、我不确定他是否尝试使用+5V 电源为 FDA 供电、这将使 THP210超出输入共模范围。

    INA240分流放大 器(由传感器组支持)可支持高达-4V 至+80V 的电压;但增益为20V/ V,因此这不适用于20mA 200Ω= 1V (或5V)的信号。

    与差分放大器类似、INA149可接受高达±275V 的共模电压并提供伪差分输出。

    正如您提到的、隔离放大器可以提供差分输出

    *****

    我将尝试从隔离放大器方面获得响应。

    吴约瑟

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    您好、Joseph、

    感谢你的帮助。

    让我尝试通过下图进行澄清  

    对于总线供电传感器、我们可以选择进行低侧(A)或高侧(B)电流测量。 尽管将低侧的 Rshunt 和基准连接到系统接地要简单得多、但可以通过 ADC 直接测量 Rshunt 两端的压降... 对于低侧、VCM 不是问题、即假设分流电阻为20mA 和150R、则 VCM =(0V + 3V)/2 = 1.5V、该电压以中间轨为中心、假设 VREF = 3V、那么目前为止一切正常...

    假设为高侧、根据 INA240数据表、它的可用增益={20、50、100和200V/V}。 如果我错了、请纠正我的问题、Rshunt 可以调整为24mA 满量程。 假设 Vout = 3V 且 G= 50、则电阻为2.5 Ω。 输出电压范围为0.5V (4mA)至3V (24mA)。 VCM 是这里的一个问题,但我们可以确定最坏的情况,即(48V + 47.5V)/ 2 ~ 48V,这完全处于 INA240共模范围内。

    但是、如果我们连接了3线(C)或自供电传感器(D)、则会存在 Voffset、因此我无法将系统 GND 直接连接到回路。 此外、我不确定 VCM 将是什么、因此会产生混淆。

    我需要进行差分测量、问题是违反了 VCM。。。 也许我在这里遗漏了一些东西、但我不确定系统如何支持案例 C 和 D  


    我之前查看过 EVM tidu392 、从原理图中可以看到、电流/电压共享相同的信号路径。 在电流模式下、R50和 optomos 负责 IV 转换、ADC 根据情况(A)进行直接测量。 我不清楚4-20mA 回路是如何加电的...  

    EVM 由+24VDC 供电、无法为4-20mA 回路供电、即 SGND 与 GND 隔离。  

    最棒的
    A.J