4-20mA电流输出回路抗射频干扰研究.pdf

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1、第３５卷第１２期华电技术Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１２２０１３年１２月ＨｕａｄｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｃ．２０１３４～２０ｍＡ电流输出回路抗射频干扰研究马伟东，吴胜华（南京国电南自美卓控制系统有限公司，江苏南京２１００３２）摘要：针对工业控制领域常用的４～２０ｍＡ电流输出回路所遭遇的射频干扰问题，经过试验测试，给出了提高４～２０ｍＡ电流输出回路抗射频干扰的研究数据及解决方案，改进措施应用于分散控制系统，运行情况良好。关键词：工业控制；射频；抗干扰；４～２０ｍＡ电流输出回路；精度；仪表中图分类号：ＴＰ２１１文献标志码：Ｂ文章编号：１６７４－１９５１（２０１３）１２－００

2、１１－０３由于专用芯片具有优越的电气性能，整体回路０引言的射频抗干扰能力一般可以保证，但是该电路成本在工业控制现场，用仪表放大器来完成信号的相对较高。调理并进行长线传输，会产生几个问题：由于传输的（２）使用集成电路搭建４～２０ｍＡ电流输出电信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；传输线路。使用成本相对低廉的放大器、阻容器件等搭建的分布电阻会产生电压降；现场需要提供放大器电的４～２０ｍＡ电流输出回路，其抗射频干扰能力较前源。为了解决上述问题并避开相关噪声的影响，不者要弱。图１为工业控制界一种较常见的４～２０使用电压而使用电流来传输信号。ｍＡ电流输出电路。由于４～２０ｍ

3、Ａ电流环具有良好的抗干扰性能，在ＰＬＣ，ＤＣＳ领域，对该４～２０ｍＡ电流输出回因此在可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）、分散控制系统路的精度要求通常为０．２％。（ＤＣＳ）中大量使用，用于阀门开度控制、执行机构控选取含有以上４～２０ｍＡ电流输出回路的全新制以及变频调速等，其重要性不言而喻。输出模块，将其４～２０ｍＡ电流输出接到４～２０ｍＡ工业控制现场存在大量的射频干扰（最常见的测量仪表上（对比试验证实该仪表射频抗干扰能力为工业对讲机），故对４～２０ｍＡ电流输出回路有一较好），并使用火电厂内常用规格的对讲机作为射定的抗射频干扰能力要求。频干扰发射信号，在４～２０ｍＡ电流输出端对

4、全新模块施加射频干扰。１４～２０ｍＡ电流输出回路射频干扰现状干扰施加时可发现，４～２０ｍＡ电流输出波动幅对于４～２０ｍＡ电流输出回路，业界较常使用的度并不固定，有如下规律：对讲机靠输出口越近，则２种方式为：输出偏差越大；对讲机靠输出口越远，则输出偏差越（１）使用专用的集成芯片，例如使用可直接输小。输出偏差小至０．５ｍＡ，大至几ｍＡ不定。估算出４～２０ｍＡ的ＡＤ４２０芯片来完成电路设计。下来，射频干扰对该４～２０ｍＡ电流输出回路的精度图１业界较常见的４～２０ｍＡ输出回路影响为３％～４０％，远超允许范围。可见射频干扰收稿日期：２０１３－０６－０５对该４～２０ｍＡ电流输出

5、回路的影响扰动非常大。·１２·华电技术第３５卷差，从而导致输出波动。但使用射频电容（在射频２射频干扰试验频率内有非常低的等效电阻，泄放特性比较好）替为了对外来射频干扰主要影响的电路部位进行换这２个电容后再次进行干扰试验，波动几乎无探索，将电路上几个关键电压点使用长屏蔽导线改观。（经试验证实，长屏蔽导线远端可有效减少射频本分析这２个滤波电容在回路上的功能，结合以身对远端检测设备的影响）引至外部进行检测。并上测试结果，最终认为：这２个电容可以去掉，并不在干扰施加时监测几个关键点的电压波动情况，关会影响回路输出功能。键电压点引线测试示意如图２所示。将这２个电容去掉后，干扰

6、波动可控制在对讲机从远端向输出口靠近的过程中，获得的０．３ｍＡ，约２．０％，较０．２％左右的精度要求仍有非测量数据见表１。常大的差距。去除Ｃ２，Ｃ４电容后的改进电路如图３通过以上测试数据可以看出，在干扰施加过程所示。中，只有测试点３的电压波动比较明显，且该点的电为了更好地降低射频干扰对ＡＯ回路输出的影压有线性跟随输出电流波动的趋势。故分析认为，响，在回路出口处正、负端均串接１个磁珠，磁珠型射频干扰主要影响该电压点。号为ＦＢｍＡ－１１－２０１２０９－１２１Ｔ，射频频率５００ＭＨｚ分析电路并进行器件拆卸试验后，最终该问题以上时内阻约１５０Ω。ＦＢｍＡ－１１－１２１Ｔ磁珠

7、频定位在回路上的２个滤波电容Ｃ２，Ｃ４上。率－阻抗特性曲线如图４所示。作者曾怀疑这２个电容在高频（射频频率５００此时，干扰施加时，波动可控制在０．１ｍＡ内。ＭＨｚ左右）下的泄放特性不好，电容两端存在电压增加串接磁珠的数量，干扰波动还会进一步减小。图２关键电压点引线测试示意表１引线测试数据数值参数无干扰状态干扰源较远干扰源适中干扰源较近Ｔｅｓｔ１点电压／Ｖ－１．００２－１．００８－１．００６－１．０１２Ｔｅｓｔ２点电压／Ｖ０．００００．００１０．００００．００３Ｔｅｓｔ３点电压／Ｖ１．００２１．０２２１．１０６１．３８６输出电流／ｍＡ２０．００１２０．４３９２２．