在之前的博文中，我說明了如何設計工業自動化用二線制或回路供電模擬輸出。在熟知變送器設計和運行的前提下，本文將討論如何設計保護這些系統的電路。圖1為基本的二線制變送器設計供參考。

二線制變送器保護電路需要保護該系統面臨的兩種風險：

工業瞬態過電和輻射發射。

變送器端反接。

IEC61000-4測試標準復制了幾種常見的工業瞬態信號和輻射發射情況，我的同事Ian Williams在其系列文章中對此作了介紹，點擊此處進行閱讀。簡而言之，這些測試中電壓為高壓，有時電流也很高，而且為瞬時過程，能夠很輕易地破壞敏感的模擬元件。為了保護二線制變送器不受這些信號的損壞，供電端和/或回路端電壓和電流必須加以限制。

雙向瞬態電壓抑制（TVS）二極管是限制兩端電壓的完美元件。TVS二極管是簡單的鉗位設備，在其兩端的電壓超過擊穿電壓后會導通。TVS二極管有多個擊穿電壓選項，擊穿電壓應當根據二線制變送器設計中穩壓器能承受的最大電壓進行選擇。低反向漏電流也是需要考慮的重要問題，因為漏電流會降低變送器的精確度。

變送器兩端之間添加TVS二極管可以限制電壓，但是還需要另外的元件限制變送器的電流。可以選擇使用串聯電阻限制變送器的電流，但是電阻產生的電壓降會增加變送器設計的順從電壓，而這往往是需要避免的。而磁珠在直流電路中的阻抗較低，也不會增加設計的順從電壓，但仍能提供限制瞬態過電的串聯電流。圖2為根據上述方法的完整設計，包含了一個可選擇的電容，幫助進一步減弱瞬態過電。

變送器還需要保護避免發生供電和回路端的反接。因為誤接是有可能發生的。一種方法是在供電和回路電路上添加串聯二極管，阻止反向電流。在這種情況下，變送器不會受到反向電流的損壞，但是在恢復正確連接以前不會正常工作。

另一種反接保護解決方案是以橋型連接的方式放置四個二極管，如圖3中的完整解決方案所示，在變送器和TVS二極管/磁珠之間。在這種配置下，二極管橋會對供電和回路連接起到整流作用，使變送器在連接至供電和回路任意一端時都能正常工作。

本文是工業DAC系列的最后一篇，通過這一系列文章，應當能夠掌握工業模擬輸出模塊設計與保護的基本知識。如果您希望在未來的文章中更多地了解某一方面的知識，請在下面評論區留言。

審核編輯：何安