low power Step-down-Wandler für Ex-Anwendung

[Martin S. (m-a-r-t-i-n)]

Hallo!

Für ein Messgerät (Versorgung 14-30V bei 4-20mA) muss eine 
Zweileiter-Eingangsstufe entwickelt werden.
Zur Regelung der Stromaufnahme wird der Baustein XTR115 verwendet.

Die gesamte Elektronik (also Controller, Display,...) kann bei minimal 
14V Versorgungsspannung eine Leistung von höchstens 56mW aufnehmen.

Um die zur Verfügung stehende Leistung optimal zu nutzen möchte ich 
einen Step-down-Converter von 14V auf 3,3V einsetzen. Dann hätte ich 
einen Strom von >10mA zur Verfügung.
Dazu eignet sich z.B. der LTC3632 oder auch der TPS54062. Diese 
benötigen allerdings eine Eingangskapazität von ca. 1-2µF, damit sie 
funktionieren.

Das Problem ist nun, dass aus Explosions-Schutz-Gründen die Kapazität am 
Eingang des Gerätes an den 14-30V einen Wert von ca. 50nF nicht 
übersteigen darf. Das hat was damit zu tun, dass die gespeicherte 
Energie so niedrig sein muss, dass kein zündfähiger Funke entstehen 
kann.

Auf der 3,3V-Seite wird ein Strom von ca. 10mA benötigt. Auf der 
Eingangsseite mit 14V steht ein Strom von maximal 4mA zur Verfügung.

Welche Lösung gibt es, eine Spannung von 14 bis 30V auf 3,3V 
umzuwandeln, ohne dabei große Eingangskapazitäten zu verwenden?

Welche Art Step-down-Wandler bzw. DC/DC-Wandler wird üblicherweise in 
solchen Zweileitergeräten verwendet?

Danke im Voraus für Eure Unterstützung
Martin

[Joe (Gast)]

Ich vermute was die Anwendung sein könnte.
Ich würde nicht mit einem Regler von der Eingangsseite
des XTR115 weggehen, das macht Probleme.
(Eigene Erfahrung) Nimm die Vreg des XTR und sieh zu daß Dein
Strom kleiner wird. MSP430 laufen mit extrem niedrigen
Taktraten und der Stromverbrauch wird gering.

Und Vergießen bringt beim Ex-Schutz auch was, dann
kannst Du auch größere Cs verwenden, natürlich muß
die Energie nicht "aus dem Verguß rauskönnen".

[ralle (Gast)]

Moin,

wie sieht das aus? Blockschaltbild Ex-Bereich bzw. nicht Ex

Ralle

[M-a-r-t-i-n (Gast)]

@Joe
Das Messsystem des Gerätes selbst benötigt ohne Controller schon mehr 
als 4mA bei 3,3V. Der Controller läuft schon recht langsam.

Wenn ich den Eingangsteil vergießen würde, dann muss ich, wie du 
geschrieben hast, mit Widerständen dafür sorgen dass die Energie nicht 
raus kommt. In meinem Fall hätte ich bei 30V einen maximalen zulässigen 
Kurzschussstrom von 100mA (EN60079-11 Tab A.1), daher müsste ich einen 
300 Ohm Widerstand vor den Step-down Wandler incl. Kondensator machen. 
Dort würden dann bei 4mA "nur" 1,2V abfallen. Das wäre evtl. eine 
Möglichkeit. Zur Zeit scheue ich aber noch den Aufwand eines Vergusses.
Wie wäre das am Ausgang des Wandlers. Dort kommen 3,3V raus. Aus 
Ex-Sicht kann aber innerhalb des Wandler-IC ein Fehler auftreten, worauf 
die 30V am Ausgang anliegen könnten. Muss ich dann dort auch nochmal 
einen 300 Ohm Widerstand einsetzen? Das wäre dann schlecht, da bei 10mA 
nur noch 0,3V von den 3,3V übrig bleibt.

@ralle
Anbei eine Skizze wie ich das aktuell aufgebaut habe. Die Regelung des 
Stromes vom Controller über den XTR funktioniert einwandfrei. Alle 
Ströme die zurückführen laufen über den internen Shunt des XTR. Den 
Leistungstransistor vom XTR hab ich in der Skizze mal weggelassen.

Nur die Kapazität vor dem Wandler stört mich jetzt noch.