先积新品发布 ▏两线制4-20mA V/I转换芯片-LTS115/116/117

 

 

LTS115/116/117是一个两线制V/I转换器，主要用来匹配运放方案实现的V/I电路，SOIC-8的封装体积，以及小体积版本的MSOP-8封装，较运放方案具有极大的成本及面积优势。

 

 

什么是两线制4-20mA电流环？

两线4-20mA电流环主要指的是环路供电型4-20mA，电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器

为什么要使用4-20mA电流环？

在制药化工、石化、电厂的复杂且需要远距离传输的工业现场，需要把百米以外的传感器信号采集回来，通常有以下几个问题需要被考虑到：

常见的数字信号，例如RS485、RJ45等信号，在混合布线（24V、220V、380V）及大型变频器等场景下，信号受到的干扰是非常大的，经常无法将数据传输出去。如果使用0-10V等模拟电压信号，经过长线传输后，信号会耦合进大量的噪声，接收端是否可以还原传感器当前的信号值。

由于传感器和采集端距离较远，通道并非单根导线直接连通，中间会存在多处连接，压降这块也是不得不考虑的点，采集端并非绝对高阻，所以这个压降会影响采集精度。

为了解决以上两个问题，通常选用4-20mA来作为信号传输，两线制4-20mA这种环路供电型的方式，受到了很多低电流消耗传感器的青睐，例如温度变送器、压力变送器、流量计、非接触红外测温变送器。

在工业现场使用两线制4-20mA的优点

目前温度变送器等市场多在使用运放方案搭出来的两线制电路，优点是价格低，缺点主要是精度和一致性问题。

 

常见运放方案:
 

 

该方案使用了零漂轨至轨放大器，以及多颗高精度电阻来保证输出的精度及温度系数。系统需要一个LDO来输出一个电压给到MCU及其他电路工作；还需要额外的基准来输出一个基准电压供给给电平转换电路，以及传感器的供电。

而在工业现场使用两线制4-20mA的优点则为：

如果传输电流信号，接收端的阻抗可以很小，所以噪声干扰不容易耦合进来； 

电流信号在整个环路上任何一个地方测量都是一样的，只要在负载设计范围内再长的线也不会有精度损失； 

使用电流传输，远端可以通过传输线上的电流取电，不用额外提供电源

 

 

 

 

先积集成--LTS115/116/117

 

Features and Benefits产品特性

两线制V/I转换芯片

LTS115的Vref输出电压为2.5V，LTS116的Vref输出电压为4.096V，LTS117-1的Vref输出电压为2.5V，LTS117-2的Vref输出电压为4.096V

Vref输出电压精度0.1%，温度系数10ppm tpy

外围结构简单，由于芯片封装较小，需要增加散热保护三极管

模拟信号输入范围：0-5V

输出电流由输入电流设置， IOUT = 100×IIN

两线制电流输出：4-20mA

输出误差：±0.2%满量程FSR（总未调节误差TUE）

输出电流线性度误差 ：0.02% tpy

IOUT电压系数：0.015% of SPAN （ 8-36V@20mA）

IOUT负载系数：0.005% of SPAN（ 0-600R@20mA@24V）

电源电压：8V - 36V

封装：SOIC-8 MSOP8

功耗：<300uA

启动时间：<1ms

工作温度：-40°C to 85°C

Applications产品应用

0/4-20mA变送器

PLC

传感器

工业控制

 

Reference Circuit产品电路参考

 

▂注意：

用户可以在输出端接保护性器件，例如桥堆、ESD二极管、TVS管、放电管等

TVS选择大于VCC，如24V供电可以选择SMBJ28CA/SMBJ36CA

ESD增强部分，可以选择SR70或BAV199类似的ESD防护二极管

HART可以通过IIN脚引入

由于热量转移到三极管上，此时三极管需要较大封装，建议BCP56（SOT223）/2SD882（TO252）

用户可接电桥用于防反接处理

Rin建议使用低温漂高精度电阻

VREG和VREF引脚建议加1uF电容

基极和三极管连接处电阻建议选择100Ω到500Ω，无功率要求，建议选择300Ω/0603封装

三极管的发射级到LTS115/116/117的5脚需要加一个限流电阻，建议选择20-25Ω，封装尺寸建议选择0805以上封装，功率0.125W以上

额外保护电路Product Parameters产品参数

 

常见的PWM积分电路

 

该电路为PWM电平转换及RC一阶滤波及二阶Sallen-Key滤波电路