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          技術頻道

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          如何確保自動化應用流程的精度

          時間:2021-12-14 15:44:48來源:21ic電子網

          導語:?工廠自動化應用中的精度取決于許多因素,例如精度、溫度漂移和噪聲。但是,在最初設計系統時,您可能忽略了另外兩個關鍵因素:安全性和可重復性。

            為了確保來自場傳感器的模數轉換器 (ADC) 或來自數模轉換器 (DAC) 的信號在啟動時一致和精確,重要的是要有一個精確的參考電壓。該系統還需要有一個適當的啟動周期,以防它遇到大量電流。該電流稱為浪涌電流,它是啟動時從電源汲取的最大電流。由于系統中的容性負載通常出現在電源軌周圍,因此浪涌電流可能比系統設計的典型電流大得多。這可能是一個問題,因為啟動期間的浪涌電流會導致低壓降穩壓器 (LDO) 和串聯電壓基準超出穩壓范圍,并對系統精度和穩壓產生負面影響。

            涌入電流不僅適用于工廠自動化系統,例如 PLC 和現場變送器,而且還適用于需要隔離的工業系統和其他 4-20mA 電流回路應用。這是因為這些系統通常會定期打開和關閉以進行測量和自動化?纯丛趩悠陂g沒有浪涌電流保護的系統,浪涌電流的阻抗非常小。這是因為電源通常具有較小的串聯阻抗,而任何 LDO 的 R DSON都較低,因此沒有足夠的阻抗來限制啟動期間流向電容器的電流。該電流會損壞電路板走線和不是為處理該電流而構建的設備。

            圖 1 是從電壓源到電壓參考的典型連接示例。來自 VCC 的涌入電流是由電容器 CS 和 CLoad 引起的,為了穩定性,它們都可以是幾個微法拉。限制電流的串聯阻抗的典型總值為幾歐姆或更低;結果,浪涌電流可能達到數百毫安,并導致電壓基準超出調節范圍,或損壞設備或電源。

          缺乏浪涌電流保護的精密電壓基準

          圖 1:缺乏浪涌電流保護的精密電壓基準

            一種常見的解決方案是使用 Rs 來限制峰值電流,如圖 1 所示。在某些應用中,該電阻可以高達數百歐姆以限制峰值電流。限流電阻設定上限,不控制電壓和電流的斜率。

            可能導致的一個問題是,如果 Rs 之后的 Cs 很小,則電容器在啟動時無法為參考提供足夠的電流。電流不足會導致啟動期間斜坡上升非常緩慢,這可能會影響設備的內部上電初始化。第二個問題是,由于 Rs 的存在,由于電阻上的連續電流,會造成功率浪費和電壓從原始供電電壓下降。在電壓基準的功耗是關鍵參數的節能應用中,Rs 的功耗可能非常重要。您可以看到圖 2 中由大串聯電阻 Rs 引起的巨大下降。

          帶有 Rs 的精密電壓基準,用于限制浪涌電流

          圖 2:帶有 Rs 的精密電壓基準,用于限制浪涌電流

            精確的干凈開始

            雖然有外部分立解決方案來保護電壓基準中的浪涌電流,但它們通常體積龐大或效率低下。該REF2125 電壓基準引入了一個名為新功能“干凈啟動”,這是類似于在其他設備上的軟啟動功能,可以防止浪涌電流。干凈啟動和軟啟動均可通過調節進入器件的電流來防止器件進入可能影響調節電壓的不良狀態。

            典型設備軟啟動和REF2125 清潔啟動之間的區別在于軟啟動背后的機制。軟啟動的工作原理是將外部電容器C SS連接到軟啟動引腳。然后使器件的輸出充電率與 C SS上的電流斜坡率成正比。雖然軟啟動確實提供浪涌電流保護,但此功能在電壓基準中并不常見。

            清潔啟動為REF2125 提供可編程浪涌電流保護,并具有軟啟動所缺乏的額外可編程性。清潔啟動會限制與參考電壓的 CS 引腳電壓成正比的輸出電流。這允許使用電阻器R CS和電容器C CS使斜坡上升速率的靈活性與必要的一樣漸進或快速。當 REF2125 的 CS 引腳只有 R CS 時,器件的輸入電流被限制為 I in,peak。在這種狀態下,設備啟動看起來類似于軟啟動,因為電流隨電阻線性上升。等式 1基于 R CS計算 I in,peak。

            I in,peak ≈ 466uA + 13.54μA*Rcs (1)

            干凈啟動的一個好處是附加的可編程性,它以添加電容器 C CS的形式出現。除了 CS 引腳上的電阻器之外,該電容器還允許輸出電流的斜坡根據 C CS和 R CS的 RC 時間常數增加,如圖 3 所示。

          具有 R CS和 C CS 的REF2125 干凈啟動示例

          圖 3:具有 R CS和 C CS 的REF2125 干凈啟動示例

            如果不需要 CS 引腳的可編程性但需要浪涌電流保護,則REF3425 可以處理此問題。在REF3425中 ,啟動期間的斜升電流與固定開啟時間呈線性關系,以確保器件始終按預期開啟。

            PLC 和現場變送器中的工廠自動化需要浪涌電流保護。它們對于自動化系統來說是必不可少的,尤其是因為每個測量和模擬輸入都必須精確可靠。雖然有分立解決方案可以幫助限制浪涌電流,但內置解決方案是無可替代的。

          標簽: 自動化

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