Перейти к содержанию

Напряжение соответствия (compliance voltage)

Источник тока держит ток только пока ему хватает напряжения. Эту границу в даташитах называют compliance voltage. Для двухпроводного датчика 4–20 мА это минимум напряжения на его клеммах, для выхода тока ПЛК или ЦАП — максимум напряжения на нагрузке.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Напряжение соответствия (compliance voltage) — граница напряжения, в пределах которой источник тока ещё поддерживает заданный ток. Пока напряжение на источнике в допустимом диапазоне, ток не зависит от нагрузки; за границей источник уходит из режима стабилизации, и ток падает. В технике токовой петли 4–20 мА термин встречается в двух смыслах, и их легко перепутать — они задают границы с разных сторон.

Двухпроводный передатчик: минимум

Передатчик с питанием от петли (loop-powered) — например, XTR115 — включён последовательно с источником питания, проводами и резистором приёмника и сам работает как регулятор тока. Ему нужно не меньше определённого напряжения на собственных клеммах: у XTR115 — 7,5 В (SBOS124C, разд. 6.2, 7.3.1). TI называет это низким напряжением соответствия и считает, что с защитным диодным мостом (минус 1,4 В) оно станет около 9 В. Отсюда условие бюджета петли — то же, что в статье «Токовая петля 4–20 мА»:

Uпит≥Uпер.мин+Iмакс⋅(Rпр+Rпров)+Uзащ.U_\text{пит} \ge U_\text{пер.мин} + I_\text{макс} \cdot \left( R_\text{пр} + R_\text{пров} \right) + U_\text{защ}.

Здесь Uпер.мин — и есть напряжение соответствия передатчика. Ток Iмакс берут не 20 мА, а с запасом на аварийные значения выше шкалы (см. живой ноль и NAMUR NE43). TI в даташите DAC161S997 называет минимальным напряжением соответствия петли уже само напряжение источника питания, которого хватает на все падения при наибольшем токе (разд. 9.2.2.2) — то есть ту же величину, только со стороны источника.

Выход-источник тока: максимум

У трёх- и четырёхпроводных датчиков и выходных модулей ток формирует источник с собственным питанием, и границу задают сверху: напряжение на нагрузке не может превысить определённое значение. У AD5420 это AVDD − 2,5 В. Наш расчёт: при AVDD = 24 В на нагрузке может быть до 21,5 В, и при токе 24 мА сопротивление нагрузки вместе с проводами не должно превышать примерно 896 Ом. Сопротивление проводов по длине и сечению считает калькулятор провода.

Где ещё встречается

Термин общий для любых источников тока: у источника тока на LM317 напряжение на нагрузке не может быть выше входного за вычетом 1,25 В на резисторе и запаса 3 В на самой микросхеме — расчёт разобран на странице «Источник тока на LM317». Не путать с напряжением нагрузки мультиметра: это падение, которое вносит в цепь сам прибор при измерении тока, — его тоже приходится учитывать в бюджете петли.

Частые вопросы

Чем отличается compliance у датчика и у выхода ПЛК?

Направлением. Двухпроводному передатчику нужно не меньше определённого напряжения на его клеммах — у XTR115 7,5 В, иначе он не удержит ток. Выход-источник тока, как AD5420, наоборот, может развить на нагрузке не больше определённого напряжения — у AD5420 до AVDD − 2,5 В. В первом случае величина — нижняя граница, во втором — верхняя.

Какое сопротивление можно включить в петлю с датчиком XTR115?

Наш расчёт: при питании петли 24 В и защитном диодном мосте (напряжение соответствия около 9 В по оценке TI) на приёмник и провода остаётся 15 В. При токе 21 мА это около 714 Ом, при аварийных 24 мА — 625 Ом. Резистор 250 Ом и провода в сотню ом укладываются с запасом.

Можно ли запитать петлю от 12 В?

Можно, если хватает бюджета. Наш расчёт для XTR115 с последовательным диодом: (12 − 7,5 − 0,7) / 0,021 ≈ 181 Ом на приёмник и провода. Стандартный резистор 250 Ом сюда уже не помещается — ток упрётся в нехватку напряжения раньше конца шкалы.

Источники

  1. Texas Instruments. XTR115, XTR116 4-20mA Current-Loop Transmitters, SBOS124C — разд. 6.2 — питание V+ 7,5–36 В (24 В тип.); разд. 7.3.1 — низкое напряжение соответствия 7,5 В позволяет ставить защиту от переполюсовки: диодный мост отнимает около 1,4 В, и напряжение соответствия становится около 9 В; последовательный диод — 0,7 В
  2. Texas Instruments. DAC161S997 16-Bit SPI-Programmable DAC for 4-20 mA Loops, SNAS621A — разд. 9.2.2.2 — минимальное напряжение соответствия петли (напряжение источника питания петли) — сумма всех падений в петле при наибольшем ожидаемом токе; VCE(MIN) > 0,2 В; разд. 9.1.1.4 — нижняя граница напряжения на выводах петли 3,66 В при 24 мА; наибольшее напряжение петли ограничено предельными режимами элементов
  3. Analog Devices. AD5410/AD5420 Single-Channel, 12-/16-Bit, Serial Input, 4 mA to 20 mA, Current Source DAC, Rev. K — выход тока 4–20, 0–20, 0–24 мА; питание AVDD 10,8–40 В (до 60 В в корпусе LFCSP); напряжение соответствия выхода — до AVDD − 2,5 В

Нашли ошибку?

Смотрите также