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PLC评估板简化工业过程控制系统设计
发布时间:2015-02-09 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 一个正温度系数电阻PTC1与电源输入走线串联连接。在常规运行期间，PTC1的阻抗非常低，对电路的其余部分没有影响。当电流超出标称值时，PTC1的温度和阻抗都会迅速增加。这种高阻抗模式限制了电流并保护了输入电路。当电流减少到标称值时，阻抗就回到标准值。
- 当PLC板浮动时，Y电容器C2、C3和C4可抑制共模传导EMI。这些安全电容器要求具有低阻抗和高耐压的特性。设计人员必须采用具有UL或CAS认证的Y电容器，并遵守绝缘强度法规标准。
- 电感器L1和L2滤掉从电源端口进入的共模传导干扰信号。二极管D1保护系统不受反向电压影响。工作电流下规定了一个低的正向电压的通用硅或肖特基二极管可被使用。
模拟输入保护：PLC板能够提供电压和电流输入。图14所示为输入电路结构。负载电阻R5被切换进电路以实现电流模式。电阻R6和R7削弱输出信号。电阻R8设置AD8220的增益。这些模拟输入端口会受到外部终端连接的电涌和静电放电干扰。瞬态电压抑制器(TVS)可提供高效保护使其免受放电干扰。当一个高能量瞬态电压出现在模拟输入端口时，TVS在几纳秒内从高阻抗降到低阻抗。它能吸收功率高达数千瓦的浪涌信号，并将模拟输入信号钳制到一个预置电压，这样就保护精密器件免受浪涌损害。TVS的优点包括具有快速响应时间、高瞬态吸收功率、低漏电流、低击穿电压误差，以及小封装尺寸。
图14. 模拟输入保护。
仪表放大器经常被用于处理模拟输入信号。这些精密的、低噪声器件对干扰很敏感，因此流进模拟输入端口的电流应被限制在几毫安以下。外部肖特基二极管通常可保护仪表放大器。即使在已具有内置ESD保护二极管的情况下，采用外部二极管也可使限制电阻更小并减小噪声和偏移误差。双肖特基势垒二极管D4-A和D4-B驱动过流到达电源或地。
当把连接外部传感器例如热电偶(TC)或电阻温度检测器(RTD)直接连到ADC时，需要类似的保护，如图15所示。
图15. 模拟输入保护。
- 两个TVS网络(D5-C和D5-D)被放在J2输入管脚后，以抑制来自端口的瞬态信号。
- C7、C8、C9、R9和R10构成ADC前面的RF衰减滤波器。这个滤波器有三个作用：从输入线路中去掉尽可能多的RF能量，以保持每条线路和地之间的交流信号平衡，并维持足够高的测量带宽输入阻抗，以避免载入信号源。该滤波器在-3dB差分和共模带宽分别是7.9kHz和1.6MHz。
模拟输出保护： PLC评估系统可通过软件配置为各种范围内的输出模拟电压或电流。输出信号由A大功率电感D5422提供，该器件是一款高精度、低成本、完全集成塑封电感的16位数模转换器，它能提供可编程电流源和塑封电感器可编程电压输出。AD5422的电压和电流输出可被直接连到外部负载上，因此它们易受到电压浪涌和EFT脉冲的影响。
输出电路结构如图16所示。
图16. 模拟输出保护。
- 一个TVS(D11)被用于滤除并抑制来自端口J5的所有瞬态信号。
- 一个绝缘的陶瓷铁氧体磁珠(L3)串联进输出路径，以增加对高频瞬态噪声的隔离和去耦效果。在低频(<100 kHz)时，铁氧体被感应；因此它们在低通LC滤波器中是电感厂家有益的。在100kHz以上，铁氧体不能被感应，这是高频滤波器设计中的一个重要特性。铁氧体磁珠具有三个作用：局部化系统噪声，阻止外部高频噪声到达AD5422，并防止内部产生的噪声波及系统其余部分。当铁氧体处于饱和状态时，它们就变成非线性的并会损失滤波特性。因此，铁氧体的直流饱和电流一定不能超出其限制范围，特别是当产生高电流时。
- 双肖特基势垒二极管D9-A和D9-B将所有的过流都转移到正或负电源。在AD5422驱动1μF容性负载时，C22提供电压输出缓冲以及相位补偿。
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