ADI三十周年产品精选之MAX22191工业数字输入(DI)器件-电子产品世界手机版

ADI三十周年产品精选之MAX22191工业数字输入(DI)器件

工控自动化时间：2025-07-22来源：ADI

一、简介

MAX22191为符合IEC 61131-2标准的工业数字输入(DI)器件，将24V工业数字输入转换为2.4mA(典型值)电流，用于驱动光隔离器。MAX22191的电压门限和电流水平兼容1类和3类输入，最大程度降低功耗。MAX22191也兼容48V输入，需增加外部电阻。

工作电源取自输入信号，现场侧无需外部电源。250ns(最大值)快速响应时间是高速输入的理想选择。此外，提供CMOS兼容测试输入，用于安全诊断。

MAX22191能够在恶劣工业系统中可靠工作，在-60V至+60V输入信号下正常工作。VCC供电时，集成热关断功能为器件提供进一步保护。

MAX22191采用小尺寸、6焊球、SOT23封装，工作在-40°C至+125°C环境温度范围。

应用

· 流源出输入

· 独立的隔离输入

· 工业自动化

· 电机控制

· 过程自动化

二、技术文章

数字输入（DI）是一种电路，用于接收工业传感器传输的二进制信号，并将该输入转换为可编程逻辑控制器（PLC）或工业控制器中可靠的逻辑信号。常见的工业二进制信号示例包括按钮和/或温度或接近阈值指示器。MAX22191 的寄生供电 DI 电路可以监控 PLC 和工业电路中类型 1 和类型 3 的 sinking 和 sourcing 二进制输入信号。本应用笔记展示了使用 MAX22191 的电流 sinking、电流 sourcing、高压和交流检测数字输入电路的示例。

数字输入类型

IEC 61131-2 标准规定了工业应用中 sinking DI 电路的输入阈值和电流要求，并定义了三种适用于工业应用的 DI 电路类型：

· 类型1：机电电路

· 类型2：离散、大电流、半导体电路

· 类型 3：集成式（低功耗）半导体电路

DI 类型之间的主要区别是电压阈值和电流限制。此外，DI 电路通常用于两种配置之一：正逻辑（ sinking 输入和 sourcing 输出）、负逻辑（ sourcing 输入和 sinking 输出）。IEC 61131-2 阈值对于 24V 和 48V（直流和交流） sinking 输入在表 1 中所示。

表 1。IEC 61131-2 类型 1-3 定义
限制类型	类型1限制						类型2限制						类型3限制
	关闭区域		转换		导通区		关断区		转换		开启区域		关闭区域		转换		On Region
	VL (V)	I (mA)	V (V)	I (mA)	V (V)	I (mA)	V (V)	I (mA)	V (V)	I 毫安	电压伏特	电流毫安	电压伏特	电流（毫安）	VL （V）	IL (mA)	VL (V)	IL (mA)
最大	15/5	15	15	15	30	15	11/5	30	11	30	30	30	11/5	15	11	15	30	15
最小	-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，需要更小封装和更低功耗的数字输入电路。如表所示，类型 2 DI 电路需要更多的功率，并且正在逐渐从现代工业设备中淘汰。

MAX22191 芯片设计用于支持类型 1（直流和交流）和类型 3（直流）输入。

24V 直流吸地数字输入

常见的 DI 电路是正逻辑电路，也称为吸地输入。在吸地输入配置中，当源电压为高电平时，DI 电路从源端吸收电流。图 1 显示了 MAX22191 在寄生供电吸地输入配置中的情况。

Figure 1. MAX22191 current sinking DI circuit.

图 1。MAX22191 吸地 DI 电路。

当输入电压（IN 引脚）超过导通电压阈值（10V，MAX22191 的最大值）时，MAX22191 检测到导通状态。然后输出被启用，并向负载提供 2.3mA（典型值）的电流。当输入电压低于 IN 电压下阈值（7V，最小值）时，输出电流降至 0mA，表示断开状态。使用图 1 中的电路，VSOURCE = 24V，并使用继电器脉冲电路的输入，MAX22191 的 IN 引脚电压和 OUT 电流如图 2 所示。

Figure 2. MAX22191 IN and OUT signal in current sinking circuit, CH1 = IN, CH3 = IOUT x 10Ω.

图 2. MAX22191 IN 和 OUT 信号在电流 sinking 电路中，CH1 = IN，CH3 = IOUT × 10Ω。

注意输出源电流由 CH3 波形表示。通过将 CH3 波形除以 10Ω来计算输出（OUT）源电流。

注意 D1 TVS 二极管用于在高电压瞬态事件期间保护 MAX22191。在选择 D1 二极管时，请确保其钳位电压低于输入引脚的最大额定值（MAX22191 IN 引脚为+60V）。

24V DC 源型数字输入

一个负逻辑 DI 电路具有电流 sourcing 输入和电流 sinking 输出。这种配置是一种电流 sourcing DI 电路。请注意，在使用电流 sourcing 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 显示了 MAX22191 在寄生供电电流源配置中。

Figure 3. MAX22191 current sourcing circuit.

图 3. MAX22191 电流源电路。

在此配置中，MAX22191 的 IN 引脚连接到 24V 电源，传感器或开关将 GND/返回端连接到信号源的 GND 端。只有当开关闭合且电流可以流到源的返回端时，该电路才处于 ON 状态。相对于返回端的波形，与图 2 中的波形相似。

使用 MAX22191 与状态/指示 LED

MAX22191 可以寄生供电自身、一个光隔离器以及一个用于状态信息的外部 LED，使其成为可用的低功耗数字隔离解决方案。图 4 显示了一个带有外部 LED 的电流吸收配置示例。

Figure 4. MAX22191 current sinking circuit with status/indicator LED. 图 4. MAX22191 电流 sinking 电路与状态/指示 LED。

当输入电压 (VIN) 超过输入高阈值时，输出源提供 2.3mA（典型值）电流，并提供足够的电压来驱动外部状态 LED 和光隔离器。当输入电压低于输入低阈值时，输出电流被切断，LED 因此关闭，光隔离器也关闭。

高压和交流信号检测

某些应用需要适合 sinking、 sourcing 和大交流输入信号电压的数字输入。通过添加外部二极管桥和几个电阻，MAX22191 可以用于满足这些要求的系统。图 5 显示了 MAX22191 的高压双向信号检测基本电路。

Figure 5. Bidirectional high-voltage detection circuit for MAX22191.

图 5。MAX22191 的双向高压检测电路。

两个 1.5kΩ MELF 电阻和两个 TVS 二极管 D1 和 D2 用于保护电路免受瞬态高压/电流事件（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））的侵害。确保 D1 和 D2 的钳位电压低于 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 = VSOURCE。这些附加的二极管还增加了整体 DI 电路的灌/源电流，并略微增加了电路的总功耗。使用图 4 中的电路，并以±24V VSOURCE 输入，图 6 显示了开关期间的 IN 输入电压和 OUT 输出源电流波形。图 7 显示了相同的波形，但使用的是±48V VSOURCE 电压。

Figure 6. MAX22191 bidirectional circuit signals with ±24V input signal, CH2 = Terminal input, CH1 = IN of MAX22191, CH3 = IOUT x 10Ω.