4-20mA電流環(huán)隔離接口芯片IDC3516的應(yīng)用分析

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，用一個(gè)儀表放大器來完成信號(hào)的調(diào)理并進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，會(huì)產(chǎn)生以下問題：第一，由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾;第二，傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降;第三，在現(xiàn)場(chǎng)如何提供儀表放大器的工作電壓也是個(gè)問題。為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，比較理想的解決方案是，對(duì)各個(gè)有電連接的設(shè)備，進(jìn)行電氣隔離，這樣，原本相互聯(lián)接的地線網(wǎng)絡(luò)，變?yōu)橄嗷オ?dú)立的單元，相互之間的干擾也將大大減小。

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，及儀器儀表、傳感器應(yīng)用中，廣泛采用4-20mA電流來傳輸控制、檢測(cè)信號(hào)。由于4-20mA電流環(huán)路抗干擾能力強(qiáng)，線路簡(jiǎn)單，可用來傳輸幾十甚至幾百米長(zhǎng)距離的模擬信號(hào)，一般經(jīng)驗(yàn)是，傳輸距離超過10米，就需要對(duì)此電流信號(hào)進(jìn)行隔離。

IDC3516 4-20mA電流環(huán)隔離接口芯片

IDC3516系列4-20mA電流環(huán)隔離接口芯片是單片兩線制隔離接口芯片，該芯片內(nèi)部包含有一個(gè)電流信號(hào)調(diào)制電路，磁電耦合隔離變換電路及解調(diào)電路，通過磁路耦合，使能量從輸入線傳遞到輸出側(cè)，同時(shí)不需要直接電的連接。IDC3516非線性度典型值為0.2%,溫漂系數(shù)為100ppm,適合于絕大多數(shù)工業(yè)控制、測(cè)量場(chǎng)合。該芯片輸入信號(hào)為4-20mA, 經(jīng)過隔離后輸出4-20mA信號(hào)。該芯片的輸入等效電阻小，線性度高，并且具有很寬的輸入輸出爬電距離，其可以承受2500VAC絕緣耐壓。圖1是 IDC3516的內(nèi)部原理圖。其中引腳24為輸入電流信號(hào)流入端，引腳23為輸入電流信號(hào)流出端，引腳22、21分別為零點(diǎn)及滿度調(diào)節(jié)電位器接入端，引腳 11、10為輸出電流流出、流入端。

圖1 IDC3516內(nèi)部原理圖

IDC3516 應(yīng)用電路

由于將全部功能集成在芯片內(nèi)部，IDC3516使用非常方便，在實(shí)際應(yīng)用中，只需外加幾支保護(hù)和調(diào)節(jié)用元件。圖2所示的是IDC3516系列芯片的典型接線原理圖，引腳22、23之間連接的電位器RADJ1,用于調(diào)節(jié)輸入電流Ii與輸出電流 Io的比例，引腳21、22之間連接的可變電阻RADJ2為輸出電流Io的偏置調(diào)節(jié)電阻。D1、D2為限幅穩(wěn)壓管，用于線路浪涌電壓，雷擊強(qiáng)干擾的保護(hù)，F(xiàn)1、F2為自恢復(fù)保險(xiǎn)，用于線路中過電流的保護(hù)。C1、C2是濾波電容，一般可選用1u瓷片電容，可濾除高頻差模干擾，減小輸入、輸出信號(hào)脈動(dòng)成分。

圖2 IDC3516芯片接線原理圖

由于在信號(hào)傳輸中，芯片內(nèi)部需要消耗一部分能量，因此該芯片的輸出信號(hào)功率總是要小于輸入功率，其具體體現(xiàn)在輸入端電壓降上。圖3是該芯片輸入特性曲線，其輸出側(cè)所帶負(fù)載為250Ω，可見在這種情況下，信號(hào)源需要有足夠的驅(qū)動(dòng)能力(>14V)。

圖3 IDC3516芯片輸入特性曲線

結(jié)語

4-20mA電流環(huán)隔離接口芯片IDC3516接線電路簡(jiǎn)單，使用方便，可以廣泛用于自動(dòng)控制、儀器儀表、傳感器等4-20mA長(zhǎng)線傳輸?shù)墓I(yè)現(xiàn)場(chǎng)。