Схемы защиты токовых петель от КЗ, 0-20ма, 4-20ма Опции

[LexaryStyle]

Интересуют варианты, кто что применяет.

Проблема в том что если на приемнике (с внутренним источником +24в и входом 4-20ма) случайно замкнуть провода предназначенные для датчика с токовым выходом, приемник выходит из строя, так как токовый резистор(у меня 150 Ом) на котором падает напряжение выгорает...

У прибора 4 токовых входа, хочется недорогую защиту для этих каналов. Первое что приходит на ум, это управляемый источник тока, миллиампер на 30, в случае если контролле фиксит ток 27-30ма - источник выключается и загорается ошибка, после сброса ошибка обнуляется, но как то дорого на канал такую штуку...

Ваши варианты?

[Microwatt]

Обыкновенный генератор тока ставить нужно. Никаких более программных примочек с прерываниями, лампочками, обнулениями.
Понятно, что генератор тока должен быть рассчитан на короткое замыкание. Из 0603 резисторов его не собрать.
Полватта схема должна уметь рассеять.

[bav]

Проблема в том что если на приемнике (с внутренним источником +24в и входом 4-20ма) случайно замкнуть провода предназначенные для датчика с токовым выходом, приемник выходит из строя, так как токовый резистор(у меня 150 Ом) на котором падает напряжение выгорает...

помогает стабилитрон в параллель с резистором. а источник 24 в через предохранитель.

[kosyak©]

А какой стабилитрон можно поставить? Я так понимаю что у "обычного" ток утечки испортит всю "малину"?

[bav]

А какой стабилитрон можно поставить? Я так понимаю что у "обычного" ток утечки испортит всю "малину"?

если ток утечки к примеру 4 мкА, то при 4мА это будет погрешность 0,1%.

не, лучше по-другому:
в диапазоне 16 мА (20-4) это будет 1/4000. т.е. один разряд 12-битного АЦП

вот можно посмотреть:
http://www.contravt.ru/?id=2206

[Plain]

что приходит на ум, это управляемый источник тока ... но как то дорого на канал такую штуку...

Ваши варианты?

Например, неуправляемый источник тока.

[Ruslan1]

Например, неуправляемый источник тока.

Точно. КТ805 на радиаторе с токозадающим сопротивлением в эмиттере и нагрузкой в коллекторе (Согласно Хоровицу-Хиллу, 1-й том, раздел "транзисторы", рис.2.20)
Две детали, эффект замечательный.

[Microwatt]

Точно. КТ805 на радиаторе с токозадающим сопротивлением в эмиттере и нагрузкой в коллекторе (Согласно Хоровицу-Хиллу, 1-й том, раздел "транзисторы", рис.2.20)
Две детали, эффект замечательный.

Не, для генератора тока считать нужно уметь больше чем до двух. Режим базы еще нужно организовать.
А КТ805 - очень большой, дорогой антикварный транзистор. Можно проще что-нибудь подыскать.

[AlexeyW]

Схема не обязательно должна быть статичной. Мы часто использовали такую защиту, которая при КЗ позволяла большой ток, но очень малое время, а потом ток быстро падает.
Априорное ограничение тока не всегда приемлемо.

Также для защиты от КЗ можно применить несложную аналоговую схему, которая "стробирует" выход с малой скважностью, проверяя, какой идет ток или, что часто удобнее, какое достигнуто напряжение. Если КЗ продолжается - снова выкл., если нет - дальше работает как обычно.

[_Pasha]

Ну я не знаю... 2N7002 как защитный ключ, при токе более 30ма МК отрубает вход, логгит об аварии, само собой, делает повторную попытку включить не чаще раза в 5 сек

[AlexeyW]

В Вашем случае КЗ означает не только увеличение тока, но и упадок выходного напряжения - по нему тоже можно контролировать.

[Stanislav_S]

Я для таких целей применял источник тока на LM317, одна МС + резистор на 30 мА, если на канале измеряем более 30 мА. то авария. Правда в таком случае на каждый вход по своему источнику, что в данном случае может быть затратно.

[Ruslan1]

Не, для генератора тока считать нужно уметь больше чем до двух. Режим базы еще нужно организовать.
А КТ805 - очень большой, дорогой антикварный транзистор. Можно проще что-нибудь подыскать.

Когда я его использовал- он был ну совсем не редкий, в отличии от зарождающегося интернета. Само собой, ничего не мешает поновее посмотреть.
Речь-то идет об аварийном ограничении. То есть рассчитать так, чтобы ограничиваемый ток в режиме КЗ был в пределах 40- 100 мА, снабдить транзистор соответствующим радиатором- и спать спокойно

[Microwatt]

Речь-то идет об аварийном ограничении. То есть рассчитать так, чтобы ограничиваемый ток в режиме КЗ был в пределах 40- 100 мА, снабдить транзистор соответствующим радиатором- и спать спокойно

Да зачем же 100мА, когда генератор тока делается на 20мА? Больше 20мА он никогда не отдаст. Без всяких излишних потуг с придумыванием лишней работы для МК и вороха ненужных компонентов.
Или тут не все вникли, что речь идет таки о генераторе тока, а не напряжения, мощности или еще как? Генератор тока в принципе не боится никаких коротких замыканий, это же его штатный режим работы!

[Mike18]

Взять какой-нибудь 7805 . С достаточным входным напряжением, например, MC78M05B. Его вход соединить с +24В, выход, с выводом резистора номиналом, например, 240 Ом, другой вывод резистора соединить с общим 7805. Этот же общий вывод использовать для запитки датчика. Возвратный провод от датчика соединить со входом прибора. Так (со "Взять") четыре раза для четырёх входов.

Можно 7805 разместить на входе приёмника, то есть +24В подать на датчик, возвратный провод датчика, на вход 7805. Далее так же, только общий вывод 7805, соединённый с резистором, подключить ко входу приёмника.

В обоих случаях датчики замыкать со стороны датчиков.

P.S. Если 7 Вольт жалко, то 7805 заменить на с меньшим падением и меньшим выходным, резистор пересчитать.

Сообщение отредактировал Mike18 - Dec 24 2012, 03:41

[Harbinger]

(Попытка телепатии). Подозреваю, что у автора темы 24-вольтовый источник как раз питает датчик с токовым выходом, ибо приёмнику такое напряжение ни к чему - во всяком случае, нагрузочный резистор рассчитан так, что максимальное напряжение на входе АЦП равно 3 В (в штатном режиме). А КЗ случается между токовым входом и +24В. Тривиальное решение - поставить нагрузочное сопротивление помощнее, чтобы выдержало 24 В (почти 4 Вт... пожалуй, не годится). Решение с ограничением тока по +24 В (отдельно по каждому датчику) выглядит оптимальным.
Входы АЦП придётся защитить цепочками резистор-стабилитрон в любом случае.

[Plain]

Пресловутые резисторы, которыми автор с лёгкостью пренебрёг и выжег, обычно где-то в среднем по 7 долларов за штуку. Ну 1 доллар — это самый минимум для них. И естественно, что на их защите никто никогда не экономит. Так что в этой задаче, для начала, просто непонятная бухгалтерия.

[Ruslan1]

Пресловутые резисторы, которыми автор с лёгкостью пренебрёг и выжег, обычно где-то в среднем по 7 долларов за штуку. Ну 1 доллар — это самый минимум для них. И естественно, что на их защите никто никогда не экономит. Так что в этой задаче, для начала, просто непонятная бухгалтерия.

А я знаю места подороже, каждый шунт где-то по $30 получается http://www.campbellsci.com/curs100
Но фишка в том, что защищая шунт всякими там детальками в параллель- люди заведомо гробят точность, причем любой полупроводник гробит ее нелинейно. Тогда конечно, 0.01% и 0.8ppm/C шунта уже никого не интересуют, можно и резистор 0.1% за 30 центов поставить. Разве что последовательные цепи, ограничивающие ток, можно приклеить без потери точности (быстродействующий электронный предохранитель?)

Лично мне никогда не приходилось видеть или разрабатывать схем защиты именно токового шунта. Подразумевается что это расходный материал в случае форс-мажорных ситуаций, обеспеченных пользователем. По этой причине некоторые производители вообще делают его внешним, цепляющимся на клеммник прибора, как в приведенной мной ссылке. Само собой, сами входные цепи прибора защищены от всего, от чего нужно, но вот шунт торчит наружу без всяких защит. Но это всего лишь то что я вижу вокруг себя, думаю ситуации разные бывают.

[dac]

Но фишка в том, что защищая шунт всякими там детальками в параллель- люди заведомо гробят точность, причем любой полупроводник гробит ее нелинейно.

а зачем в параллель? токовая защита должна быть последовательной
другое дело, что не ставят в целях удешевления, а если пользователь спалил, то сам себе злобный буратино, случай не гарантийный, а производителю дополнительные продажи

PS: в даташите на tl431 типовая схема Constant Current Source, рассчитатать на 30-40ма и будет ТС счастье проблемы могут быть только на низких напряжениях питания, все таки падение напряжения может быть до 3В

[bav]

Но фишка в том, что защищая шунт всякими там детальками в параллель- люди заведомо гробят точность, причем любой полупроводник гробит ее нелинейно.

тут приходится выбирать - точность или устойчивость.

[LexaryStyle]

Да зачем же 100мА, когда генератор тока делается на 20мА? Больше 20мА он никогда не отдаст. Без всяких излишних потуг с придумыванием лишней работы для МК и вороха ненужных компонентов.
Или тут не все вникли, что речь идет таки о генераторе тока, а не напряжения, мощности или еще как? Генератор тока в принципе не боится никаких коротких замыканий, это же его штатный режим работы!

Хорошее уточнение, про генератор тока все верно, думаю его и надо ставить.

Но не кажется ли вам логичным, вырубить источник тока при обнаружении КЗ + сказать об этом "наверх", нафига нам рассеивать наши 25-30ма * 24в и ждать пока кто-то обнаружит дефект?

Я для таких целей применял источник тока на LM317, одна МС + резистор на 30 мА, если на канале измеряем более 30 мА. то авария. Правда в таком случае на каждый вход по своему источнику, что в данном случае может быть затратно.

Вот и я о том же, надо бы как то по экономнее что ли

Сообщение отредактировал LexaryStyle - Dec 24 2012, 15:30

[Microwatt]

Но не кажется ли вам логичным, вырубить источник тока при обнаружении КЗ + сказать об этом "наверх", нафига нам рассеивать наши 25-30ма * 24в и ждать пока кто-то обнаружит дефект?

Смотря в какой аппаратуре.
Токовая петля сама по себе - не Красноярская ГЭС и если ее отказ непосредственно не угрожает жизни людей или концом света, то не стоит на каждый чих городить кучу прерываний. Все равно, надежная аппаратура строится совершенно другими способами.

Тут потеря связи рано или поздно обнаружится косвенными признаками. Полватта мощности вроде никому ничем особо не угрожают.
Сделать компактно управляемый умненький источник и протестировать в полном объеме ПО Вы все равно не сможете. А вот кучу потенциальных отказов в этих дополнительных "надежных" цепях неожиданно получите.
Проблема в большей части надумана. Токовая петля появилась задолго до большинства тутошних форумчан. Как-то же люди ее использовали уверенно до появления эмбеддеров и МК? Посмотрите как она по-нормальному строится. Не с ограничительными резисторами - точно.
Генератор тока нужен. И, потом, что-то там о том, что вся петля своя, источник свой внутренний. Может, я не все понял в стартовом сообщении, но Вам-то и 24вольта, возможно не нужны. Вам ток 4-20мА нужен. Вот от этого и отталкивайтесь.
Напряжение 24 вольта выбрано исходя из километровой линии и ее сопротивления. А внутриприборную петлю можно и меньшим напряжением 20мА прокачать.

[_Pasha]

Сделать компактно управляемый умненький источник и протестировать в полном объеме ПО Вы все равно не сможете. А вот кучу потенциальных отказов в этих дополнительных "надежных" цепях неожиданно получите.

Дык ПО для того и пишется, чтобы оно работало а не зависало
И куча решений на предмет слетевшего кварца или помехи по питанию фунциклируют.
От схемы требуется обеспечить безопасность в моменты, когда управляющие пины в Z-состоянии
--
Тут еще прочел про 7 баксов за резистор... Это ж хто такой маладэц гонять по сабжу сигналы с более чем 10 бит точностью? Имхо, это уже экзотика должна быть на сегодня.

Сообщение отредактировал _Pasha - Dec 25 2012, 06:32

[LexaryStyle]

Напряжение 24 вольта выбрано исходя из километровой линии и ее сопротивления. А внутриприборную петлю можно и меньшим напряжением 20мА прокачать.

Вынужден согласиться, но так же нужно иметь ввиду минимальный порог напряжения, который как правило равен 6-7 вольтам, это указывается на самом драйвере датчика(тот же XTR117). У себя просто поставлю источник тока на 5ма, так как мой датчик работает в диапазоне 0,1-1ма токовой петли.

Спасибо.

Тут еще прочел про 7 баксов за резистор... Это ж хто такой маладэц гонять по сабжу сигналы с более чем 10 бит точностью? Имхо, это уже экзотика должна быть на сегодня.

Это больше маркетинг и реклама чем по делу, хотя в ОЧЕНЬ редких случаях и бывает нужно...

[Microwatt]

Вынужден согласиться, но так же нужно иметь ввиду минимальный порог напряжения, который как правило равен 6-7 вольтам, это указывается на самом драйвере датчика(тот же XTR117). У себя просто поставлю источник тока на 5ма, так как мой датчик работает в диапазоне 0,1-1ма токовой петли.

Ну, будем говорить, что это жульничесчтво, однако достаточно изящное
Если в этом стыке никто из внешней (покупной, чужой) аппаратуры не работает, то почему бы, сохранив все преимущества токового сигнала, не пошевелить немного стандартные параметры? Хватает 7 вольт? Ну так можно запитать 12-ю, а не 24. В конце концов, мышь питается от интерфейса, хотя в стандарте интерфейса такие вольности не предусмотрены.
Опять не пойму только одного: почему мыслится источник на 5мА, если используется всего 1мА?

[LexaryStyle]

Опять не пойму только одного: почему мыслится источник на 5мА, если используется всего 1мА?

Это ориентировочно, пресловутый запас.

Я вот до чего додумался, ведь получается для наших целей можно поставить ОДИН! транзистор без какой либо обвязки, например 2SK3666 соеденив затвор с истоком, получается ограничитель тока до 3.2ма при 24в! Аналогично и для 20ма...

Сообщение отредактировал LexaryStyle - Dec 26 2012, 08:32

[alexf]

Я вот до чего додумался, ведь получается для наших целей можно поставить ОДИН! транзистор без какой либо обвязки, например 2SK3666 соеденив затвор с истоком, получается ограничитель тока до 3.2ма при 24в! Аналогично и для 20ма...

Проблема в том что JFET имеют разброс параметром на порядок. Придется индивидуально подбирать транзисторы из большой кучи с нужным током. Или ставить с бОльшим током и подбирать резистор в истоке.

[LexaryStyle]

Конечно, зависит от культуры производства и модели, читал на другом форуме, человек перемерил кучку, разброс 0.2% в нулевой точке, возможно правда, нужно проверить.

Пресловутые резисторы, которыми автор с лёгкостью пренебрёг и выжег, обычно где-то в среднем по 7 долларов за штуку. Ну 1 доллар — это самый минимум для них. И естественно, что на их защите никто никогда не экономит. Так что в этой задаче, для начала, просто непонятная бухгалтерия.

Что-то дорого, я беру обычные МЕЛФ 0201 + калибровка.

Сообщение отредактировал LexaryStyle - Dec 27 2012, 06:00

[Mike18]

Для 1 мА датчика, к роялю, достаточно одной таблЭтки. КилоОм на 10.
С учётом падения напряжения на датчике, в линии и на входе прибора.

Сообщение отредактировал Mike18 - Dec 27 2012, 06:29

[Пушкарев Михаил]

Как много оказывается можно написать на достаточно простую тему, особенно, если советующие в ней разбираются по принципу "слышал звон, да не знаю, где он".
Есть несколько несложных способов решить задачу.
1. Если не полениться, и провести беглый анализ выпускаемых разными фирмами двухпроводных датчиков с выходным сигналом 4-20 мА (трехпроводных и с сигналом 0-20 мА касаться не будем, их еще поискать нужно нынче), то выяснится, что для подавляющего большинства датчиков минимально допустимое напряжение питания составляет 12 В. Существует некоторое количество моделей с минимальным напряжением питания 9 В, ну есть и вывихи до 18 В. Следовательно, при напряжении источника питания 24 В можно безболезненно поставить в сигнальную цепь такой резистор, чтобы суммарное сопротивление его, линии связи и токосъемного резистора в приемнике не превышало 12 В/22 мА. 22 мА - это чтобы была возможность отследить перегрузку. Конечно, и защитный резистор, и токосъемный резистор должны иметь мощность рассеивания соответствующую, а не выбраны по принципу "миниатюризация любой ценой".
2. Включить в цепь сигнала самозащищенный ключ на двух транзисторах и двух резисторах с током срабатывания защиты при минимальной эксплуатационной температуре около 25 мА. Транзистор придется взять в корпусе ТО-126, а то и ТО-220.
3. Применить микросхему MAX14626/
4. Использовать многоканальный блок питания, предназначенный специально для питания датчиков, с током срабатывания защиты и током короткого замыкания в пределах 30-60 мА.

[maksimp]

Можно поставить терморезистор с положительным ТКС. Параметры примерно - сопротивление около 60 Ом, ток удержания 30 мА, ток срабатывания 60 мА, допустимое напряжение 265 В.
Пробовал - соединял его такой терморезистор последовательно с резистором 100 Ом 1 Вт - и в 220 В. Все оставались целы. То есть измерителный шунт помощнее тоже нужен, на 1 или 2 Вт.
Для лучшего можно посчитать энергию в импульме, которая выделится на шунте, и сравнить с допустимой.

[Белый дед]

И никто даже не вспомнил про самовосстанавливающиеся предохранители.
А они есть 0805 на 50 мА.

Сообщение отредактировал Белый дед - Dec 30 2012, 06:43

[PCBExp]

а еще в природе есть NCV47701. можно датчик кормить через нее (если конечно ему 19 вольт хватит). Ставите ей ограничение миллиампер на 20. В Компеле вполне по сходной цене лежат. Заодно и питание датчика почистит...