Проектирование схемы ограничения тока для интерфейса 4–20 мА
16 июня 2025
С учетом топологии двухпроводной цепи ток питания модулируется датчиком и затем возвращается в схему приема сигнала. Если выходной каскад питания никак не защищен, то при коротком замыкании датчика или ошибочных действиях конечного пользователя источник питания может быть легко поврежден, а вместе с ним и сама схема сбора сигнала. Чтобы избежать такой ситуации, в цепь подачи 24 В на датчик необходимо добавить ограничитель тока, удерживающий ток в безопасном диапазоне, например ниже 30 мА, и предотвращающий катастрофический отказ.
Ниже приведена схема ограничения тока для подачи 24 В на датчик при проектировании схемы приема сигнала интерфейса 4–20 мА.
Когда ток меньше предельного значения Imax, падение напряжения на резисторе R1 ниже напряжения открытия перехода Vbe транзистора P1. Резисторы R3 и R4 формируют делитель напряжения и создают достаточную разность потенциалов между истоком и затвором полевого транзистора Q1. В этот момент транзистор P1 закрыт, Q1 открыт, и схема работает в штатном режиме.
Когда ток возрастает и становится больше предельного тока Imax, падение напряжения на резисторе R1 превышает напряжение открытия Vbe транзистора P1. Тогда транзистор P1 переходит в проводящее состояние, а входное напряжение напрямую прикладывается к затвору полевого транзистора Q1. Напряжения на затворе и истоке Q1 становятся примерно одинаковыми, из-за чего полевой транзистор закрывается и отключает цепь, переводя схему в защитный режим. Это предотвращает повреждение нагрузки избыточным током.
Поскольку напряжение открытия Vbe у MMBT2907A составляет примерно 0,7 В, а из соотношения Vbe/R1 = 25 мА можно определить порог срабатывания, предельный ток оказывается около 25 мА. Если необходимо изменить уровень ограничения тока, достаточно скорректировать сопротивление резистора R1.