Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Rzadko zadawane pytania: jak sterować DAC poprzez barierę izolacji?

ghost666 13 Jul 2021 19:49 813 0
  • Rzadko zadawane pytania: jak sterować DAC poprzez barierę izolacji?
    Pytanie: Jak zaprojektować sterowany mikrokontrolerem 16-bitowy moduł wyjściowy z izolacją galwaniczną?

    Odpowiedź: Użyj 3-chipowego rozwiązania dla przetworników DAC AD5422 od Analog Devices.

    Czy to w budynkach, czy na halach produkcyjnych, sterowniki programowalne są dziś potrzebne wszędzie do regulacji różnych procesów, maszyn i systemów. Dotyczy to programowalnych sterowników logicznych (PLC) lub modułów rozproszonego systemu sterowania (DCS), do których podłączone są urządzenia. Aby sterować tymi urządzeniami, sterowniki PLC i moduły DCS zwykle wyposażone są w moduły wyjściowe z wyjściami prądowymi, napięciowymi lub kombinacją ich obu. Przemysłowe moduły sterujące obsługują standardowe analogowe zakresy napięcia i prądu wyjściowego, takie jak: ±5 V, ±10 V, 0 V do 5 V, 0 V do 10 V, 4 mA do 20 mA i 0 mA do 20 mA. Dodatkowo, szczególnie w przemyśle, często wymagana jest izolacja galwaniczna mikrokontrolera od urządzeń wyjściowych i peryferyjnych.

    Klasyczne rozwiązania zapewniają dyskretną konstrukcję, która konwertuje sygnały cyfrowe z mikrokontrolera na sygnały analogowe lub zapewnia różne wyjścia analogowe i realizuje funkcję izolacji galwanicznej. Jednak w porównaniu z rozwiązaniami zintegrowanymi, konstrukcja dyskretna ma wiele wad. Na przykład jedną z nich jest duża liczba komponentów, co powoduje dużą złożoność systemu, duży rozmiar płytki drukowanej i wysokie koszty systemu. Dodatkowe cechy, takie jak zdolność do ochrony przed zwarciami czy nawet diagnostyka usterek, sprawiają, że wady te są jeszcze bardziej znamienne.

    Lepszym rozwiązaniem jest zintegrowanie jak największej liczby funkcji w jednym układzie, jak to ma miejsce na przykład w AD5422 - 16-bitowym przetworniku cyfrowo-analogowym (DAC) o wysokiej precyzji firmy Analog Devices. Oprócz konwersji cyfrowo-analogowej oferuje on również w pełni zintegrowane programowalne źródło prądu i programowalne wyjście napięciowe, dzięki czemu spełnia wymagania do aplikacji w systemach sterowania procesami przemysłowymi.

    Rysunek 1 przedstawia przykładowy obwód całkowicie izolowanego sterowania analogowym stopniem modułu wyjściowego. Szczególnie nadaje się do sterowników PLC i modułów DCS w aplikacjach sterowania procesami, które wymagają standardowych wyjść prądowych w pętli prądowej 4 mA do 20 mA i jednobiegunowych lub bipolarnych układów wyjścia napięciowego. AD5422 jest używany tutaj w połączeniu z czterokanałowym modułem do izolacji cyfrowej ADuM1401.

    Wyjścia 16-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego AD5422 można konfigurować za pośrednictwem szeregowego interfejsu SPI. Moduł posiada również zintegrowane funkcje diagnostyczne, które mogą być przydatne w środowiskach przemysłowych. Wymaganą rezystancję izolacji między mikrokontrolerem a przetwornikiem cyfrowo-analogowym zapewnia układ scalony ADuM1401, którego cztery izolowane galwanicznie kanały są wykorzystywane do połączenia mikrokontrolera poprzez SPI z AD5422: trzy linie - LATCH, SCLK i SDIN - przesyłają dane, a czwarty kanał - SDO - odbiera je z przetwornika.

    Zwłaszcza w zastosowaniach przemysłowych należy zapewnić wyjścia napięciowe o wysokiej odporności na zakłócenia. Wymagania dotyczące tej odporności są określone w normach, takich jak IEC 61000, która określa na przykład wymagania w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Aby spełnić te normy, konieczne jest posiadanie dodatkowych zewnętrznych obwodów ochronnych na wyjściach. Jedną z możliwości implementacji obwodów ochronnych pokazano na rysunku 2.

    Rzadko zadawane pytania: jak sterować DAC poprzez barierę izolacji?
    Rys.1. Uproszczony przykład obwodu izolowanego sterowania analogowym stopniem wyjściowym za pomocą AD5422 i ADuM1401.

    Rzadko zadawane pytania: jak sterować DAC poprzez barierę izolacji?
    Rys.2. Obwody ochronne zgodne z normą IEC 61000 dla wyjść modułu AD5422.


    Wyjście prądowe (IOUT) można selektywnie zaprogramować do pracy w zakresie od 4 mA do 20 mA lub od 0 mA do 20 mA. Wyjście napięciowe jest zapewniane przez oddzielny pin VOUT, który można skonfigurować dla pracy w różnym zakresie napięć - od 0 V do 5 V, od 0 V do 10 V, ± 5 V lub ± 10 V. Przekroczenie zakresu dla wszystkich zakresów napięcia wynosi nie więcej niż 10%. Oba wyjścia analogowe posiadają zabezpieczenia przeciwzwarciowe i nadprądowe oraz mogą sterować obciążeniami pojemnościowymi o pojemności do 1 µF i obciążeniami indukcyjnymi o indukcyjności do 50 mH.

    AD5422 wymaga zasilania analogowego (AVDD), napięciem w zakresie od 10,8 V do 40 V. Dla cyfrowego napięcia zasilania (DVCC) wymagane jest napięcie od 2,7 V do 5,5 V. Alternatywnie, DVCC może służyć jako pin zasilania dla innych komponentów w systemie lub jako zasilanie dla rezystorów podciągających. W tym celu pin DVCC_SELECT powinien pływać, dzięki czemu napięcie stabilizatora LDO 4,5 V powinno być przyłożone do pinu DVCC. Maksymalny dostępny prąd zasilania to 5 mA. W pokazanym obwodzie DVCC służy do zasilania galwanicznie izolowanej strony ADuM1401.

    Do uzyskania wysokiej precyzji konwersji z 16-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego, wykorzystuje się zewnętrzne napięcie odniesienia ADR4550. Jest to wysokiej precyzji, małej mocy i niskiego poziomu szumów stabilizator napięcia odniesienia z maksymalną dokładnością początkową równą 0,02%, wyjątkową stabilnością temperaturową i niskim poziomem szumów wyjściowych.

    Przedstawiony tutaj obwód jest odpowiedni szczególnie dla modułów wyjściowych sterowników PLC oraz modułów DCS, które muszą posiadać wyjścia prądowe i napięciowe, a także muszą być zgodne z normami dotyczącymi EMC, takimi jak IEC 61000.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-184.html

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10446 posts with rating 8804, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Altium Designer Computer ControlsAltium Designer Computer Controls