采用MAX22191的工业数字输入
数字输入（di）是一种电路，设计用于接收从工业传感器发送的二进制信号，并将该输入转换为可编程逻辑控制器（plc）或工业控制器的可靠逻辑信号。工业二进制信号的常见示例是按钮和/或温度或接近阈值指示器。max22191寄生供电di电路可以监测1型和3型灌电流，并为plc和工业电路提供二进制输入信号源。本应用笔记给出了使用max22191的吸电流、电流源、高压和交流检测数字输入电路的示例。
介绍
di是一种电路，旨在接收从工业传感器传输的二进制信号，并将该输入转换为plc或工业控制器的可靠逻辑信号。工业二进制信号的常见示例是按钮和/或温度或接近阈值指示器。max22191寄生供电di电路可以监测1型和3型灌电流，并为plc和工业电路提供二进制输入信号源。
数字输入的类型
iec 61131-2标准规定了工业应用中灌入di电路的输入阈值和电流要求，并定义了工业应用中的三种di电路：
类型1：机电电路
类型 2：分立式、大电流、半导体电路
类型3：集成（低功耗）半导体电路
di类型之间的区别主要在于电压阈值和电流限制。此外，di电路通常用于以下两种配置之一：正逻辑（sinking输入和sourcing输出）、负逻辑（sourcing输入和sinking输出）。24v 和 48v（直流和交流）sinking输入的 iec 61131-2 门限如表 1 所示。
表 1.iec 61131-2 类型 1-3 定义
限额类型 类型 1 限制 类型 2 限制 类型 3 限制
关闭区域 过渡 在区域 关闭区域 过渡 在区域 关闭区域 过渡 在区域
vl
(v) il
(ma) vl
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最大值 15/5 15 15 15 30 15 11/5 30 11 30 30 30 11/5 15 11 15 30 15
最小值 -3 nd 5 05 15 2 -2 nd 5 2 11 6 -3 nd 5 1.5 11 2
随着工厂车间传感器密度的增加，需要具有更小封装和更低功耗的数字输入电路。如表中所示，2型di电路需要更大的功率，反过来，现代工业设备自然而然地逐步淘汰。
max22191设计支持1类（直流和交流）和3类（直流）输入。
24v 直流灌电流数字输入
常见的di电路是正逻辑电路，也称为灌电流输入。在灌电流输入配置中，di电路在源电压较高时吸收来自源极的电流。图1所示为max22191采用寄生供电灌电流输入配置。
图1.max22191吸电流di电路
当输入电压（in引脚）超过导通电压门限（max22191为10v，最大值）时，max22191检测导通状态。然后使能输出，为负载提供2.3ma （典型值）的电流。当输入电压降至in电压下限阈值（7v，最小值）以下时，输出电流降至0ma，表示关断状态。使用图1所示电路，vsource = 24v，继电器对电路输入进行脉冲，max22191的in引脚电压和out电流如图2所示。
图2.max22191输入和输出信号在电流吸收电路中， ch1 = in，ch3 = i外x 10o。
请注意，输出源电流由 ch3 波形表示。通过将ch3波形除以10o来计算输出（out）源电流。
注意d1 tvs二极管用于在高压瞬态事件期间保护max22191。选择d1二极管时，确保其钳位电压低于输入引脚的绝对最大额定值（+max22191输入引脚为60v）。
24v 直流源出数字输入
负逻辑di电路具有电流源输入和电流吸收输出。这种类型的配置是电流源di电路。请注意，使用电流源di电路时应特别小心，因为短路条件会导致输出“导通状态”。
图3所示为max22191采用寄生供电电流源配置。
图3.max22191电流源电路
在该配置中，max22191 in引脚连接到24v电源，传感器或开关将gnd/返回端子连接到信号源的gnd端子。仅当开关闭合且电流可以流向电源的返回端子时，该电路才处于导通状态。以返回端子为基准得到的波形与图2中的波形相似。
使用max22191带状态/指示灯led
max22191可以寄生为自身、光隔离器和用于提供状态信息的外部led，使其成为低功耗数字隔离方案。图4显示了使用外部led的吸电流配置示例。
图4.max22191电流吸收电路，带状态/指示灯led。
当输入电压（v在） 超过输入高阈值，输出提供 2.3ma （典型值） 电流，并提供足以驱动外部状态 led 和光隔离器的电压顺从性。当输入电压降至输入低阈值以下时，输出电流被切断，led因此被关闭，光隔离器被关闭。
高压和交流信号检测
某些应用需要适合灌电流、拉电流和大交流输入信号电压的数字输入。增加一个外部二极管桥和几个电阻，max22191可用于有这些要求的系统中。图5所示为max22191用于高压双向信号检测的基本电路。
图5.用于max22191的双向高压检测电路
两个 1.5ko melf 电阻器和两个 tvs 二极管 d1 和 d2 用于保护电路免受瞬态高电压/电流事件的影响，如浪涌 （iec 61000-4-5）、电快速瞬变 （eft， iec 61000-4-5） 和静电放电 （esd， iec 61000-4-2）。确保d1和d2箝位电压低于di输入引脚的最大额定值。
d3二极管桥用于将输入信号整流至0v = v2 = v源.这些增加的二极管还增加了整个di电路的灌电流/拉电流，并略微增加了电路的整体功耗。使用图4中的电路±24v源输入，图6中的波形显示了开关期间的in输入电压和out输出源电流。图7显示了相同的波形，使用±48v v源电压。
图6.max22191双向电路信号，±24v输入信号， ch2 = 端子输入，ch1 = max22191 in，ch3 = i外x 10o。
图7.max22191双向电路信号，±48v输入信号。
ch2 = 端子输入，ch1 = max22191 in，ch3 = i外x 10o
图5中的电阻r1和r2在高压应用中保护max22191，如果高于10v，可用于设置导通状态触发电压。计算所选阈值（v千） 使用以下步骤：
计算 v2电压时 v源= v千作为 v2= v源- [v二极管+ （1.5ko x i在)].
计算 v1= v2- （1.5ko x i在).
选择 r2在 100o 和 1ko 之间。
计算 r1= r2x （v1/10 - 1).
套装 i在= 3.8ma 用于双向输入计算。
例如，使用±110v双向输入信号，假设触发阈值设置为+60v。电阻分压器值计算如下：
v2= 60v - （0.7v + 5.7v） = 53.6v
v1= 53.6v - 5.7v = 47.9v
r2= 1ko
r1= 1ko x （47.9/10 - 1） = 3.79ko
选择具有适当功率耗散额定值的电阻尺寸，以实现正常工作。
虽然图5所示为双向输入信号，但电阻分压器也适用于单向输入信号电路。单向电路的计算和功耗考虑因素与此处所示类似，但输入电流应设置为2.4ma （i在= 2.4ma）。
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介绍
di是一种电路，旨在接收从工业传感器传输的二进制信号，并将该输入转换为plc或工业控制器的可靠逻辑信号。工业二进制信号的常见示例是按钮和/或温度或接近阈值指示器。max22191寄生供电di电路可以监测1型和3型灌电流，并为plc和工业电路提供二进制输入信号源。
数字输入的类型
iec 61131-2标准规定了工业应用中灌入di电路的输入阈值和电流要求，并定义了工业应用中的三种di电路：
类型1：机电电路
类型 2：分立式、大电流、半导体电路
类型3：集成（低功耗）半导体电路
di类型之间的区别主要在于电压阈值和电流限制。此外，di电路通常用于以下两种配置之一：正逻辑（sinking输入和sourcing输出）、负逻辑（sourcing输入和sinking输出）。24v 和 48v（直流和交流）sinking输入的 iec 61131-2 门限如表 1 所示。
表 1.iec 61131-2 类型 1-3 定义
限额类型 类型 1 限制 类型 2 限制 类型 3 限制
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最小值 -3 nd 5 05 15 2 -2 nd 5 2 11 6 -3 nd 5 1.5 11 2
随着工厂车间传感器密度的增加，需要具有更小封装和更低功耗的数字输入电路。如表中所示，2型di电路需要更大的功率，反过来，现代工业设备自然而然地逐步淘汰。
max22191设计支持1类（直流和交流）和3类（直流）输入。
24v 直流灌电流数字输入
常见的di电路是正逻辑电路，也称为灌电流输入。在灌电流输入配置中，di电路在源电压较高时吸收来自源极的电流。图1所示为max22191采用寄生供电灌电流输入配置。
图1.max22191吸电流di电路
当输入电压（in引脚）超过导通电压门限（max22191为10v，最大值）时，max22191检测导通状态。然后使能输出，为负载提供2.3ma （典型值）的电流。当输入电压降至in电压下限阈值（7v，最小值）以下时，输出电流降至0ma，表示关断状态。使用图1所示电路，vsource = 24v，继电器对电路输入进行脉冲，max22191的in引脚电压和out电流如图2所示。
图2.max22191输入和输出信号在电流吸收电路中， ch1 = in，ch3 = i外x 10o。
请注意，输出源电流由 ch3 波形表示。通过将ch3波形除以10o来计算输出（out）源电流。
注意d1 tvs二极管用于在高压瞬态事件期间保护max22191。选择d1二极管时，确保其钳位电压低于输入引脚的绝对最大额定值（+max22191输入引脚为60v）。
24v 直流源出数字输入
负逻辑di电路具有电流源输入和电流吸收输出。这种类型的配置是电流源di电路。请注意，使用电流源di电路时应特别小心，因为短路条件会导致输出“导通状态”。
图3所示为max22191采用寄生供电电流源配置。
图3.max22191电流源电路
在该配置中，max22191 in引脚连接到24v电源，传感器或开关将gnd/返回端子连接到信号源的gnd端子。仅当开关闭合且电流可以流向电源的返回端子时，该电路才处于导通状态。以返回端子为基准得到的波形与图2中的波形相似。
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当输入电压（v在） 超过输入高阈值，输出提供 2.3ma （典型值） 电流，并提供足以驱动外部状态 led 和光隔离器的电压顺从性。当输入电压降至输入低阈值以下时，输出电流被切断，led因此被关闭，光隔离器被关闭。
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图5.用于max22191的双向高压检测电路
两个 1.5ko melf 电阻器和两个 tvs 二极管 d1 和 d2 用于保护电路免受瞬态高电压/电流事件的影响，如浪涌 （iec 61000-4-5）、电快速瞬变 （eft， iec 61000-4-5） 和静电放电 （esd， iec 61000-4-2）。确保d1和d2箝位电压低于di输入引脚的最大额定值。
d3二极管桥用于将输入信号整流至0v = v2 = v源.这些增加的二极管还增加了整个di电路的灌电流/拉电流，并略微增加了电路的整体功耗。使用图4中的电路±24v源输入，图6中的波形显示了开关期间的in输入电压和out输出源电流。图7显示了相同的波形，使用±48v v源电压。
图6.max22191双向电路信号，±24v输入信号， ch2 = 端子输入，ch1 = max22191 in，ch3 = i外x 10o。
图7.max22191双向电路信号，±48v输入信号。
ch2 = 端子输入，ch1 = max22191 in，ch3 = i外x 10o
图5中的电阻r1和r2在高压应用中保护max22191，如果高于10v，可用于设置导通状态触发电压。计算所选阈值（v千） 使用以下步骤：
计算 v2电压时 v源= v千作为 v2= v源- [v二极管+ （1.5ko x i在)].
计算 v1= v2- （1.5ko x i在).
选择 r2在 100o 和 1ko 之间。
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v2= 60v - （0.7v + 5.7v） = 53.6v
v1= 53.6v - 5.7v = 47.9v
r2= 1ko
r1= 1ko x （47.9/10 - 1） = 3.79ko
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