变频器控制器模拟电流输出设计.pdfVIP

2010 年电站热工控制研讨会暨自动化信息化技术交流年会研讨会论文集 变频器控制器模拟电流输出设计 张甜甜 熊向杰 刘祥超 （东方电气自动控制工程有限公司 四川 德阳 618000） ljalex@ 【摘要】变频器控制器4~20mA 模拟电流输出设计采用 ADI 公司的高精度 AD420 实现。 AD420 是具有灵活串行数字接口的 l6 位数模转换器，非常适合用于高精度远程控制系统。论 文详细介绍了 AD420 的硬件设计及软件设计，在实际应用中取得很好的效果。 AD420 ；模拟电流输出；D/A 转换 【关键词】 1 引言 工业现场，采用电压信号长线传输会产生如下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会 受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降。采用电流传输信号，可以较好的避免各种噪 声干扰。变频器控制器根据设计需求，选用 ADI 公司的 AD420 实现 4~20mA 模拟电流输出设计。 AD420 具有灵活的串行数字接口，最大速率可达 3.3M 位/秒，16 位分辨率，电流信号的输出范围为 4 mA～20 mA 、0 mA～20 mA 或 0 mA～24 mA ，负载电阻为 500?，工作温度-40℃ +85 ℃，满足工业现 场应用的要求。 2 硬件电路设计 变频器控制器模拟电流输出构架设计如图 1 所示。核板 DSP 和底板 FPGA 通过控制线、数据线和地 址线通讯，由底板 FPGA 控制实现 4~20mA 模拟电流输出。AD420 与 FPGA 的接口方式有 2 种方式：三 线制和异步制。三线制需三根控制线，通讯速度较异步制快；异步制需两根控制线。设计中选用三线制 实现模拟电流输出。 控制线[0..2] 时钟线 时钟线 地址线[0..3] 数据线 数据线 4~20mA输出 DSP FPGA 隔离 AD420 数据线[0..7] 配置线 配置线 图 1 模拟电流输出构架示意图 AD420 控制信号隔离电路设计 为增强抗干扰性，AD420 和 FPGA 之间采用 ADuM1401 数字隔离器实现数模隔离。电路设计如图 2 所示。 5V_MCU From FPGA U6 0.1μ-25-20% 0.1μ-25-20% C1 1 16 +5V C2 VDD1 VDD2 2 15 GND1_1 GND2_1 DAC_LATCH 3 14 OutLATCH DAC_LATCH VIA VOA DAC_DATA 4 13 OutDATA DAC_DATA VIB VOB DAC_CLK 5 12 OutCLK DAC_CLK VIC VOC 6 11 VOD VID 7 10 +5V 2.1mA*4 5V_MCU VE1 VE2 8 9 GND1_2 GND2_2 ADuM1401BRW@10MHz 图2 光耦隔离电路设计 - 246 - 2010 年电站热工控制研讨会暨自动化信息化技术交流年会研讨会论文集 AD420 外围电路设计：AD420 外围电路设计原理图如图 3 所示。 +5V 24v+_DAC R1 R2 U7 OutCLK 8 17 R8 CLK Vout 24v+_DAC OutDATA 9 19 Din BOOST R3 3 OutLATCH 7 18 2 Q1 24v+_DAC LACH Iout D1-B 4~20mA 电流源输出 R4 3 +5V R9 1 +5V FUT_DECT 6 2 24v+_DAC 2 1 CLR VLL DAC_Io 23 4 VCC 11 C7 C8 C9 C10 1 D1-A RANG2 GND C3 +5V 5 R10 D3 RANG1 RefVolt 5V 1 NC1 15 12 REF_IN NC2 R5 14 13 REF_O NC3 2 16 22 C4 OFST_TRIM NC4 24 NC5 20 R7 21 CAP1 10 CAP2 Dout AD420AR-32 Output Impedance Current Mode : 25MR R6 C5 C6 24v+_DAC 图3 AD420 外围电路设计 AD420 外围电路设计分为如下几部分进行说明： （1）输出类型选择设计 AD420 可输出电流，也可输出电压，具体功能选择通过配置引脚 4 RANGE SELECT 2 和引脚 5 （RANGE SELECT 1 ）实现，具体配置见表2 。 表 1 功能选择配置表 输入 CLEAR 引脚 Range Select 2 引脚 Range Select 1 引脚 配置操作 0 X X 正常工作在设定的取值内取最小 1 X X X 0 0 0