Ontwerpers gebruiken doorgaans standaard lage uitvalspanningsregulatoren (LDO's) om industriële sensoren en IoT-systemen te bedienen die zijn ontworpen met stroomlussen van 4-20 mA.voor toepassingen die gericht zijn op energieverbruik en beperkte ruimteIn dit stadium moeten ontwerpers overwegen om over te schakelen op spanningsregulatoren (ook bekend als buckconverters),met name voor toepassingen die een hoge energie-efficiëntie vereisen, warmteafvoer en langere levensduur van de batterij.
De 4-20 mA-stroomlus is een robuuste en betrouwbare methode voor de overdracht van meetresultaten van sensoren naar een programmeerbare logische controller (PLC).en de besturingsuitgang van de PLC doorgeven aan de modulatieapparatuur van het procesDit systeem zorgt voor nauwkeurige en geluidsbestendige signaaloverdracht over lange afstanden met behulp van gedraaide kabelparen, waardoor het een ideale keuze is voor verschillende industriële omgevingen.Ongeacht de lengte van de draad, blijft de stroom consistent, waardoor het een standaardconfiguratie is voor fabrieken, laboratoria en toepassingen voor afstandsbewaking.
Het evalueren van de afweging tussen LDO en schakelregulatoren in huidige lussen kan helpen om slimmere en duurzamere ontwerpen te realiseren.
LDO heeft nog steeds zijn plaats in sommige speciale situaties, waar het voordelen kan bieden zoals ultra-laag geluid, vereenvoudigde materiaallijst of minimale spanningsregeling.ze hebben een lager inherent rendement omdat ze het verschil tussen de in- en uitgangsspanningen als warmte verdrijvenDeze verspilde energie kan leiden tot een toename van de thermische belasting in toepassingen en de levensduur van de batterij in draagbare of externe toepassingen aanzienlijk verkorten.
Wanneer efficiëntie, warmteafvoer of batterijduur cruciaal zijn, kan synchrone spanningsreductie een betere keuze zijn.de moderne synchrone spanningsreductietechnologie kan een efficiëntie van 85% tot 95% bieden;LDO zal overtollige spanning als warmte afvoeren.terwijl spanningsregulatoren de extra spanning effectief kunnen omzetten in bruikbare stroom, waardoor meer energieverbruikende functies worden bereikt zonder oververhitting of energieverspilling.
Deze eigenschappen maken spanningsregulatoren de voorkeuroplossing voor elke 4-20 mA-lus (zoals batterijgedreven sensoren) met ingangsmarges die een paar volt overschrijden, waarvoor thermische efficiëntie vereist is,of langdurige werking bij beperkt vermogen vereist.
Als de ontworpen voedingsspanning ongeveer 6 V hoger is dan de door de stroomluszender vereiste spanning,en er is ruimte op het circuit board om kleine inductoren en output condensatoren onder te brengenAls de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning van de spanning.en zorgen voor voldoende stroom voor andere functies in de 4-20 mA-lusDaarom is het een ideale keuze voor moderne zenders die zowel betrouwbaarheid als energie-efficiëntie vereisen in industriële omgevingen.
Het warmteafvoervoordeel van spanningsregulatoren vermindert de vereisten voor warmteafzuigers in industriële modules met hoge stroom en hoge temperatuur aanzienlijk.Zelfs een 5 μA buckcircuit heeft een hoger rendement dan LDO, aangezien deze een aanzienlijk deel van de batterijspanning omzet in warmte.
Aandrijflijn
De 4-20 mA stroomlus is een van de meest voorkomende manieren om informatie te verzenden tussen sensoren op locatie en besturingssystemen die hun gegevens gebruiken.en zelfs instructies om kleppen te verplaatsenHet is eenvoudig, betrouwbaar en effectief voor gebruik op lange afstand.
De stroomlus (figuur 1) kan meetsignalen verzenden van instrumenten zoals temperatuur- of druksensoren.met een vermogen van niet meer dan 50 W.
Schematisch schema van een stroomlus van 4-20 mA
Figuur 1: Een schematisch diagram van een 420 mA stroomlus toont aan hoe stroom in plaats van spanning wordt gebruikt voor de overdracht van analoge signalen in industriële automatisering, sensorsystemen,en procescontrole toepassingen. (Foto: Analog Devices, Inc.)
De loop bestaat uit vier hoofdonderdelen:
Gelijkstroomvoorziening: afhankelijk van de instellingen kan deze 9 V, 12 V, 24 V of hoger zijn.Dit is ook de hoeveelheid spanning die alle componenten (zenderAls de stroom in de lus "afneemt", wordt de stroom door de lokale regelaar verlaagd om de sensoren en elektronische apparaten van stroom te voorzien.
De zender aan de ene kant van de sensor zendt elektrische signalen uit die de fysieke wereld weergeven: de sensor genereert ruwe signalen met betrekking tot temperatuur, druk, afstand,of andere fysieke metingenAls het een analoge spanning is, zal de spanningsstroomomvormer van de zender deze omzetten in een proportioneel stroom van 4 mA tot 20 mA.de uitgang wordt omgezet in analoge stroom via DACDe zender heeft een eigen voedingsbron, zoals LDO of spanningsregelaar.
Ontvanger aan de besturingskant: De ontvanger leest het signaal van 4-20 mA en zet het om in een spanning die het besturingssysteem kan meten, weergeven of uitvoeren.
De loop kan tot duizenden meters lang zijn.dezelfde twee draden tegelijkertijd stroom en signaalstromen verzendenHet 4-draad systeem gebruikt verschillende draadparen om stroom en signalen over te brengen.
Zelfs in harde industriële omgevingen met temperaturen tussen -40 °C en +105 °C moeten de onderdelen van de stroomkringlijn nauwkeurig, energiezuinig en betrouwbaar zijn.zij moeten ook de noodzakelijke veiligheids- en systeemfuncties ondersteunen om de veiligheid en betrouwbaarheid van de lus te waarborgen;.
Overwinnen van beperkingen van de LDO
Lineaire regelaars zijn gemakkelijk te gebruiken en hebben een laag geluid, maar ze kunnen overtollige energie omzetten in warmte, wat resulteert in afval, en hebben een lagere bovengrens van de beschikbare stroom.Als ontwerpers meer functies aan de zender toevoegenDe vraag naar stroomvoorziening neemt ook toe, wat de stroom kan overschrijden die een eenvoudige LDO kan leveren.Een betere optie is het gebruik van efficiëntere schakelregulatoren, zoals de serie LT8618 van Analog Devices, Inc.
LT8618 is een compacte maar krachtige buckconverter die is ontworpen voor ruwe omgevingen, waaronder industriële, automobiel- en andere toepassingen die onvoorspelbare stroom vereisen.Het is vooral geschikt voor gebruik in 4-20 mA stroomlussystemen, met een ultralage statische stroom, een hoog rendement, een breed invoerbereik (3,4 V tot 60 V, continue werking) en tijdelijke spanningsomstandigheden tot 65 V.
De LT8618-serie biedt multifunctionele spanningsregulatoren voor verschillende industriële en lusspanningstoepassingen.
LT8618EDDB-3.3 # TRPBF (zie schematisch diagram in figuur 2) biedt een vaste 3.3V-uitgang,het ideaal maken voor ontwerpen waarvoor stabiele en goed gedefinieerde spanningen nodig zijn om gemeenschappelijke onvoorspelbare spanningsrails in industriële en veldomgevingen te hanterenDe maximale uitgangsstroom is 100 mA, geschikt voor sensoren, zenders en andere hulpcircuits.het verlengen van de efficiëntie van het systeem en de levensduur van de batterij.