Kevin Duke

在我的上一篇帖子中，我談到了集成技術(shù)是如何簡化3線制模擬輸出設(shè)計(jì)的。在這篇帖子中，我將為你展示一種方法來保護(hù)這些設(shè)計(jì)不受危險工業(yè)瞬變（會導(dǎo)致電氣過應(yīng)力）影響。

讓我們從幾個示例開始。在這些示例中，我們試著保護(hù)系統(tǒng)不受以下情況的影響：

在靜電放電 （ESD） 不安全的環(huán)境中安裝或校準(zhǔn)某些系統(tǒng)，這樣做會導(dǎo)致ESD損壞。

工業(yè)控制系統(tǒng)往往跨越很遠(yuǎn)距離并且有可能暴露在自然危險下，諸如雷擊，的大型系統(tǒng)。

與環(huán)境寄生效應(yīng)耦合在一起的開關(guān)瞬變會生成高頻輻射和耦合射線。

你在保護(hù)模擬輸出時所需要應(yīng)對的瞬變情況與其生成的低壓 （《24V） 和低頻 （《10kHz） 信號十分不同。工業(yè)瞬變是高電壓，高達(dá)15kV，和高頻，通常情況下持續(xù)時間少于100ns。你的電路應(yīng)該利用這些差異來提供保護(hù)，同時又不干擾模擬輸出的信號完整性。

圖1.衰減和轉(zhuǎn)向概述

衰減和轉(zhuǎn)向可被用來充分利用工業(yè)瞬變的高頻和高壓組件。圖2顯示了在4-20mA電流環(huán)路應(yīng)用中使用這些策略來保護(hù)單通道，16位DAC8760的保護(hù)電路。

圖2. 示例保護(hù)電路

衰減利用支持基于頻率做出響應(yīng)的無源組件，諸如鐵氧體磁珠和電容器，來衰減高頻信號。在圖2中，每個輸出端子上的100nF電容器與瞬變發(fā)生器的源阻抗相互作用來衰減高頻信號。

我在電路的每一級之間加入了串聯(lián)導(dǎo)通元器件，以限制那些被鉗制到不同電壓電勢的節(jié)點(diǎn)間的電流。我將電阻器用作針對電流輸出和電壓輸出內(nèi)節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)導(dǎo)通元器件。鐵氧體磁珠用作反饋環(huán)路之外的電壓輸出路徑中的串聯(lián)導(dǎo)通元器件，在仍舊限制高頻電流的同時保持DC準(zhǔn)確度。

轉(zhuǎn)向使用二極管來改變高壓信號方向，使其遠(yuǎn)離模擬信號鏈。然后，你可以使用瞬變電壓抑制器 （TVS） 二極管將電能引入接地，或者使用肖特基鉗位至電源軌二極管將電能引入電源軌。

如果你想學(xué)習(xí)更多與TVS二極管相關(guān)的知識，我希望你看看我的同事Art Kay的這個系列博客，在這些博客發(fā)帖中，Art Kay解釋了幾個關(guān)鍵參數(shù)并提供選擇技巧。

簡言之，你應(yīng)該根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇TVS二極管；

工作電壓：二極管在不傳導(dǎo)大電流時可以承受的最大電壓。這個值應(yīng)該足夠高，以確保二極管不會影響正常的電路運(yùn)行。

擊穿電壓：這個電壓使TVS二極管開始導(dǎo)電。這個值應(yīng)該足夠低，以便將瞬變電壓保持在電源軌范圍內(nèi)。

功率額定值：當(dāng)二極管的確擊穿時，他將傳遞很大的電能，需要相應(yīng)地設(shè)定功率。

圖2中還包括一個使用肖特基二極管的鉗位至電源軌級，這個二極管有助于將瞬變值保持在電源軌的范圍內(nèi)，其原因有二：

TVS二極管擊穿電壓很少與電源配置相匹配。

TVS二極管擊穿電壓將隨著其上所傳遞的電流的增加而增加。

雖然所有肖特基二極管應(yīng)該具有低正向電壓的特點(diǎn)，但是保護(hù)電路中使用的二極管需要在即使傳導(dǎo)高電流時也保持低正向電壓。

圖2中的電路針對TIPD153開發(fā)而成，他是一款保護(hù)DAC8760不受IEC6100-4測試套件影響，通過工程評估的高精度設(shè)計(jì)。要獲得與組件選擇、布局布線指南和此設(shè)計(jì)的IEC6100-4測試結(jié)果相關(guān)的更多信息，請下載參考設(shè)計(jì)指南。

如果你在保護(hù)3線制模擬輸出方面有任何問題，請?jiān)谙路降脑u論意見中給我留言。我將在下個月解釋如何設(shè)計(jì)一個穩(wěn)健耐用的2線制，4-20mA發(fā)射器，別忘了來看看喲。