CN0009: 利用AD5662 DAC实现4 mA至20 mA过程控制环路

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概览

电路笔记PDF, 09/2010 (pdf, 132 kB)
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优势和特点
  • 4mA至20mA环路电流发生器
  • 16位分辨率
此电路中所用产品
    应用: 
  • 现场仪器仪表和智能发送器

电路功能与优势

在许多过程控制应用中,经常使用两线式电流发射器在高噪声环境中传输模拟信号。这些电流发射器的零电平信号电流为4 mA,满量程信号电流为20 mA,因此得名“4 mA至20 mA转换器”。本文所述电路提供一种具有16位分辨率和单调性的低功耗电流发射器,它直接采用4 mA至20 mA控制环路电源供电,功耗低于4 mA。功耗高于4 mA的发射器无法直接采用环路电源供电,因而需要一个附加电源。

图1:可编程4 mA至20 mA过程控制器(原理示意图)

电路描述

本电路将AD5662 nanoDAC转换器用作控制器,提供4 mA至20 mA可编程输出电流。环路电流通过测量RS上的压降VOUT进行检测。如果DAC输出为0 V,则电流

Formula 1

流经R2和R3,迫使PCB地电压比RS负载端测得的电压正值高出349 mV。这相当于环路电流

Formula 2

当DAC输出5 V满量程电压时,流经R2的电流为

Formula 3

流经R1的电流为

Formula 4

因此,流经R3的电流为

Formula 5

这就迫使RS上的电压VOUT等于

Formula 6

围绕 AD8627的反馈环路迫使其同相输入端的电压等于PCB地电压。因此,输出电流与数字码成正比。AD8627调节DAC输出电流,以满足其同相节点上的电流求和条件。输出电流可通过以下公式计算:

Formula 7

对于图1所示的值:

Formula 8

其中 0 ≤ D ≤ 65,535。当AD5662的数字码等于0xFFFF时,本电路提供20.9 mA满量程输出电流。同样,当AD5662的数字码等于0x0000时,输出电流将为3.49 mA。扩展电流范围(3.49 mA至20.9 mA)允许用户利用软件和AD5662的16位分辨率校准4 mA至20 mA范围。本电路需要使用肖特基二极管,以防止环路电源上电瞬态将AD8627的同相输入端拉至反相输入端300 mV以下。该肖特基二极管必须能够处理至少20 mA的全环路负载。

控制器的偏置电压由5 V精密基准电压源 ADR02 提供,而且本电路无需外部调整,因为ADR02的初始输出电压容差很小,并且AD8627和AD5662的电源电流很低。

容许的环路电源限值由ADR02的最小输入电压(7 V)和最大输入电压(36 V)设置。25°C时2N3904的最大容许功耗为625 mW,因此如果环路电源超过约30 V,必须使用更高功耗的晶体管。添加适当的降压电阻,并与2N3904的集电极串联,可以降低2N3904的功耗。

常见变化

这款基本电路比较灵活,可以使用多种不同的基准电压源、电压输出DAC和运放。需要考虑的是基准电压源的精度,DAC的分辨率和放大器的失调电压。主要要求是整个电路必须工作在环路电压下,并且静态电流小于4mA(DAC码0x0000)

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD5662 2.7-5.5V、16位nanoDAC®转换器,采用SOT-23封装 AD5662ARJZ-1500RL7 AD5662BRJZ-2500RL7 AD5662BRJZ-1500RL7 AD5662BRMZ-1 AD5662ARMZ-1 AD5662BRJZ-1REEL7
AD8627 精密、低功耗、单电源、JFET放大器,采用5引脚SC70封装 AD8627AKSZ-REEL7
ADR02 超紧凑、5.0 V精密基准电压源 ADR02AUJZ-REEL7 ADR02WARZ-REEL7 ADR02AKSZ-REEL7 ADR02ARZ
沪ICP备09046653号
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