токовый выход 4-20 ма

Все схемы гальванически изолированного токового выхода выхода сводятся к модели "оптоизоляция -> цап -> конвертор напряжение-ток".

Почему никто не рассматривает прямой PWM в ток? Берём стабилизатор тока на 20 ма, и включаем последовательно PWM-ключ, который "рубит" ток. Снаружи всё это обнимаем LPF-ом (наверное, с индуктивностью), и вуаля - оптрон, полевой ключ с низким сопротивлением, и генератор тока на 2-3 деталях.

При 100% pwm получаем 20 ма, при 20% - 4 ма.

Где я ошибаюсь?
Ну во-первых, оно будет шуметь в линию. Во-вторых, через эту же линию часто передаются данные (HART), как их женить?
"Почему никто не рассматривает прямой PWM?"
Потому, что у большинства оптронов время включения не равно времени выключения, при этом и то и другое время не стабильны, в итоге ширина импульса при передаче меняется.
Поэтому обычно используют преобразование напряжение=>частота=>напряжение.
И да есть вариант пропихивания через оптрон аналогового сигнала, для чего выпускаются оптроны "1светодиод на 2 фотодиода", например IL300.
Вообще-то аналоговая опторазвязка с использованием шим - достаточно известное решение.
А проблема линеаризации решается при помощи ООС в ШИМ-модуляторе через оптрон, идентичный передающему в линию.

ХИНТ: разумеется, после оптрона необходим высококачественный формирователь - что б уменьшить/исключить влияние линии передачи на фронты, джиттер, и т.п.

По-моему, это уже получается сложнее, чем напряжение в частоту преобразовывать.
Кому как.
Я такие развязки для хай-файного звука строил ещё в середине 70-х - причём, как на оптронах, так и на импульсных трансформаторах.
А так же - синхронные и асинхронные.

И в чём сложность - подать ООС в компаратор?
вы фактически ей сдублировали работу связки ацп-цап.
делать такое сейчас — уебанство.
Асинхронный модулятор/демодулятор по качеству звучания превосходит АЦП даже не самого дешёвого класса.
При этом, существенно проще и дешевле.

Так, что при необходимости обеспечить аналоговую гальваническую развязку без сохранения потока данных в памяти я предпочту асинхронный дельта-модулятор с дополнительной петлёй ООС любому синхронному АЦП/ЦАП.

ЗЫ: при применении на приёмной стороне ШИМ достаточной мощности, мы получаем Д-усь класса UcD...



Edited at 2017-02-17 05:18 pm (UTC)
Из микросхем ничего готового под такое решение я не вижу, в частоту - есть, в сигма-дельту - есть, аналоговые - есть, а вот в ШИМ городить на россыпи с неочевидным результатом.
да, вариант с оптроном на два приёмника и петлёй ООС по нему я тоже обдумывал.
Дима, а ты никогда не задумывался о том, что делает стабилизатор тока 20 мА, когда ему, с целью "PWM", начинают мешать стабилизировать ток 20 мА? вот ты пытаешься ему сказать "молодец, а теперь не стабилизируй ток, а просто выключись!" Он, в ответ, "ну, я, конечно, попробую, но вначале попробую застабилизировать, всё же, так что, выдам максимальное напряжение, которое могу!".
Если же делать стабилизатор тока, управляемый напряжением, это и будет преобразователь напряжение-ток.
Это как раз совсем не проблема, чтобы "отрубить" источник тока, его достаточно замкнуть накоротко (КЗ для источника тока является штатным режимом работы), да от нагрузки схему придется отвязать диодом.
Да, так можно. Нельзя ключ последовательно ставить.
Но не очень понятно, как ФНЧ фильтровать такой ток, какие нужны дроссели. Видимо, он должен быть Т-образным, а не П-образным, и ещё какие-то должны быть ухищрения.
Как раз коммутируемый источник тока можно смело нагружать на конденсатор, ибо ток через конденсатор можно менять быстро и совершенно без последствий. Если попытаться быстро изменить ток в индуктивности, ей это не понравится.
Так наша забота - не здоровье индуктивности (что ей сделается от 20 мА), а гладкость тока в нагрузке! А для этого индуктивность в фильтре очень порядочная должна быть, чтоб 16-битный АЦП не замечал помех...
Катушке то ничего не будет, а вот свои 20ма она постарается взять, в тяжелых случаях, может взять даже из воздуха, в нашем из коммутатора источника тока, и все - плакала линейность.
Это решается добавлением второго диода - плюсом на землю, минусом к катушке. Это лучше, чем конденсатор.
Ну будет брать ток из второго диода, все с тем же результатом для линейности.
ключ последовательно, конечно, ставить можно.
двухполюсник. не умеет исторгать ток. только ограничивать. последовательно.
Какое отношение цифровой канал передачи имеет к аналоговому ШИМ?

Edited at 2017-02-17 11:39 am (UTC)
Вероятно, топикстартер имел в виду передачу аналогового сигнала. Довольно распространённый интэрфейс для всяких там промышленных датчиков давления.
ну конечно - стандартный аналоговый токовый выход 4-20.
(не ИРПС)
>Все схемы

Не все. Собственно, большынство схем, которые я встречал, сводятся к модэли "переменный резистор в качестве источника сигнала -> мост -> транзисторный преобразователь напряжэние-ток -> оптрон с фототранзистором -> обвязка фототранзистора и возможный компенсатор-линеаризатор-усилитель тока".

И никаких ЦАП.
Схему нарисуйте. Мне в голове по описанию представляются странные, неработающие конструкции.
следующий пост. но, кажется, что там рисовать-то нечего.
Я, конечно, в теме слабо разбираюсь, но навскидку видится как минимум необходимость в PWM с частотой с одной стороны заметно выше верхнего предела частот в исходном сигнале (чтоб ФНЧ не слишком сложный был), а с другой - заметно ниже cutoff frequency оптопары. Например, PC817 - cutoff frequency 80 kHz. Чтобы передать хотя бы 256 уровней сигнала - надо PWM не выше 320 Гц 256 Гц (забыл, что диапазон PWM от 20% - соответственно, частота ещё на 1/5 ниже). Ну то есть сигнал герц до 100 в самом лучшем случае. А если использовать просто RC-цепочку в качестве ФНЧ, то при сохранении тех самых 256 уровней получим, что можно передавать сигнал вообще до 1 Гц.

А через ЦАП через ту же оптопару можно почти до 10 кГц пропихнуть, да и ФНЧ наверняка проще построить будет (хотя тут я опять же не разбираюсь).
Всё справедливо. Но 4-20 обычно используют для датчиков и 1Гц может быть даже и многовато. Можно и медленнее. Во всяком случае, для бюджетной реализации это - приемлемое ограничение.
По допустимым частотам - да. Но меня немного стремает требуемая ёмкость конденсатора для сглаживания тока.
Грубо говоря, пусть у нас на выходе PWM с частотой 256 Hz, и за один период заряд конденсатора должен измениться не более чем на 1/256 от максимального. Допустим, на нём до 12 вольт - тогда напряжение на нём при заряде в течение 1/256 секунды током 20 mA должно уйти не более чем на 12/256 В. Итого получаем ёмкость C = dQ/dU = (I*dt)/dU = (20e-3*1/256)/(12/256) ~= 1700 мкФ, дофига как-то.
Если взять фильтр более высокого порядка - вроде полегче получается, но всё равно как-то стрёмно...

Проще уж сначала зафильтровать сигнал с оптопары, а потом скормить его источнику тока.

Кстати, а вам точно нужен после оптопары аналоговый сигнал? Может, получили PWM 4/20 мА - и цифруйте его себе на здоровье, это ж проще, чем преобразовывать PWM в аналог, а потом снова цифровать.
аналоговый токовый интерфейс 4-20 ма - мировой стандарт на взаимодействие промышленных датчиков, исполнительных устройств и контроллеров.

насчёт вычисления - частота уж больно низкая, ток большой, конечно, ёмкость будет невменяемо большая.

нужно поднимать частоту, следовательно.
С одной стороны, вы хотите "бюджетное решение", с другой - хотите применять "промышленный стандарт", который, согласитесь, морально устарел десятки лет назад. ИМХО, сделать передачу "цифрой" с опторазвязкой, а дальше преобразователь из цифры в 4-20 на самом дешевом МК. Кстати, если вести речь об использовании промышленных датчиков, то тогда ведь требуется обратная задача - принять ток 4-20. А вам, как я понимаю, нужно его передать, т.е. источник - МК, а приемник - исполнительное устройство с аналоговым входом. Или же вы сами проектируете датчик)))

Edited at 2017-02-18 05:41 pm (UTC)
4-20 - это задача. не обсуждается.

самый дешёвый мк будет иметь на выходе тот же pwm, задача сводится к предыдущей.
Внезапно! Посоветуйте модуль гальванической развязки 4-20 ма в 4-20 ма. Нужно соединить два контроллера, но чтобы без общего провода, один из контроллеров ОВЕН, у них своеобразное поведение токового входа. Еще лучше чтобы это было промышленное, на DIN-рейку, а если еще в Москве или Казани и недорогое то вообще сказка ))
Не встречал такого.

У овена, насколько я помню, токовый вход - это вход 0-1 вольт, зашунтированный резистором, нет?

Кстати, вот и идея решения - использовать овеновский же модуль аналогового ввода. Они по 485 гальванически изолированные, если память не изменяет: подключить его модбасом к контроллеру, а на него привести 4-20 ма с шунтом. Запитать, понятное дело, отдельно.

Идея родилась навскидку, не проверял спеки на тему гальванической развязки, но память говорит, что когда я развинчивал на кой-то хрен МВА-8, то прямо видно было, что 485 изолирован. Сейчас он как-то иначе называется, но суть та же.
>>подключить его модбасом к контроллеру, а на него привести 4-20 ма с шунтом
изящненько но нет, по условиям имеющимся - только 4-20 в 4-20 хардварно, как говориться. И таки да - у овена токовый вход реализован весьма , прямо скажем -дебильно, нужен внешний высокоточный резистор. Почему не включить его в корпус контроллера/модуля при проектировании и производстве и на эту же сумму поднять цену - непонятно. У Сименса удобнее
Ну так понятно, почему - это позволяет входам быть универсальными, и по напряжению, и по току.

Резистор можно тупо подобрать из обычных тестером, собственно. Или поставить не высокоточный - если требования проекта позволяют. И последний вариант - поставить любой резистор, и оттарировать вход в софте (коэффициентом) по тому же тестеру, включив его амперметром. Дать референсный ток типа 10 ма, и выставить в софте коэффициент. Хотя лучше резистор подобрать - это лучше с точки зрения ремонтопригодности.