Tasarımcılar genellikle endüstriyel algılama ve IoT sistemlerini 4-20 mA akım döngüleri ile güçlendirmek için düşük düşüş voltaj düzenleyicileri (LDO) kullanırlar.Güç tüketimine ve sınırlı alana odaklanan uygulamalar içinBu noktada, tasarımcılar voltaj düzenleyicilerine (buck dönüştürücü olarak da bilinir) geçmeyi düşünmelidir.Özellikle yüksek enerji verimliliği gerektiren uygulamalar için, ısı dağılımı performansı ve uzun pil ömrü.
4-20 mA akım döngüsü, ölçüm sonuçlarını sensörlerden programlanabilir bir mantıksal denetleyiciye (PLC) aktarmak için sağlam ve güvenilir bir yöntemdir.ve PLC'nin kontrol çıkışını işlem modülasyon ekipmanına aktarmakBu sistem, çeşitli endüstriyel ortamlar için ideal bir seçim haline getiren, bükülmüş çift kablolar kullanarak hassas ve gürültüye dayanıklı uzun mesafe sinyal aktarımını sağlar.Telin uzunluğundan bağımsız olarak, akım tutarlı kalır ve fabrikalar, laboratuvarlar ve uzaktan izleme uygulamaları için standart bir yapılandırma haline gelir.
Mevcut döngülerde LDO ve değiştirme düzenleyicileri arasındaki kararı değerlendirmek, daha akıllı ve daha sürdürülebilir tasarımlara ulaşmaya yardımcı olabilir.
LDO'nun, ultra düşük gürültü, basitleştirilmiş malzeme listesi veya minimum gerilim düzenleme marjı gibi avantajlar sağlayabileceği bazı özel durumlarda hala yeri vardır.daha düşük özgü verimliliğe sahiptirler, çünkü giriş ve çıkış voltajları arasındaki farkı ısı olarak yok ederler.Bu boşa harcanan enerjiler, uygulamalarda ısı yükünün artmasına ve taşınabilir veya uzaktan uygulamalarda pil ömrünün büyük ölçüde kısaltılmasına neden olabilir.
Verimlilik, ısı dağılımı performansı veya batarya çalışma süresi çok önemli olduğunda, senkroni voltaj azaltımı daha iyi bir seçim olabilir.Modern senkronizasyon gerilim azaltma teknolojisi % 85 ila % 95 verimlilik sağlayabilir., ısı üretimini önemli ölçüde azaltır ve şimdi de düşük mikroampere aralığı statik akım sağlar.Voltaj düzenleyicileri, fazladan voltajı kullanılabilir akıma dönüştürebilir., böylece aşırı ısınma veya enerji israfı olmadan daha fazla güç tüketen işlevler elde edilir.
Bu özellikler, gerilim düzenleyicilerini, birkaç volt'u aşan giriş sınırları ile herhangi bir 4-20 mA döngüsünde (batarya ile çalışan sensörler gibi) termal verimlilik gerektiren tercih edilen çözüm haline getirir.veya sınırlı güçte uzun süreli çalışmayı gerektiren.
Eğer tasarlanmış güç kaynağı voltajı, akım döngüsü verici tarafından gerekli olan voltajdan yaklaşık 6V daha yüksekse,ve küçük indüktörler ve çıkış kondansatörleri barındırmak için devrede tahta üzerinde yer var, o zaman verimli bir senkronizasyonlu buck düzenleyicisi genellikle en iyi seçimdir.ve 4-20 mA döngüsündeki diğer fonksiyonları güçlendirmek için yeterli akım sağlamakBu nedenle, endüstriyel ortamlarda hem güvenilirlik hem de enerji verimliliği gerektiren modern verici için ideal bir seçimdir.
Voltaj düzenleyicilerinin ısı dağılımı avantajı, yüksek akımlı ve yüksek sıcaklıklı endüstriyel modüllerdeki ısı sinklerine olan gereksinimleri büyük ölçüde azaltır.5 μ A buck devresinin bile LDO'dan daha yüksek verimliliği vardır, çünkü sonuncusu pil voltajının önemli bir kısmını ısıya dönüştürür.
Sürücü döngüsü
4-20 mA akım döngüsü, veriyi kullanan yer içi sensörler ve kontrol sistemleri arasında bilgi göndermenin en yaygın yollarından biridir.Ve hatta valfleri hareket ettirmek için talimatlarUzun mesafe kullanımı için basit, güvenilir ve etkilidir.
Akım döngüsü (Şekil 1) sıcaklık veya basınç sensörleri gibi cihazlardan ölçüm sinyalleri iletebilir.veya valf pozisyonerleri gibi mekanizmaları hareket ettiren veya düzenleyen cihazlara kontrol sinyalleri.
4-20 mA akım döngüsünün şematik şeması
Şekil 1: Endüstriyel otomasyon, sensör sistemlerinde analog sinyalleri iletmek için voltaj yerine akımın nasıl kullanılacağını gösteren 4-20 mA akım döngüsünün şematik bir şeması.ve süreç kontrolü uygulamaları. (Resim kaynağı: Analog Devices, Inc.)
Akım döngüsü dört ana bileşenden oluşur:
DC güç kaynağı: Ayarlara bağlı olarak 9 V, 12 V, 24 V veya daha yüksek olabilir.Bu aynı zamanda tüm bileşenlerin (vericinin), alıcı, kablolama) döngüdeki akım akışları "azaldığında". Daha sonra, yerel düzenleyici, sensörleri ve elektronik cihazları güçlendirmek için aşağı adımlar atıyor.
Sensörün bir tarafındaki verici, fiziksel dünyayı temsil eden elektrik sinyalleri iletiyor: sensör sıcaklık, basınç, mesafe,veya diğer fiziksel ölçümlerEğer analog bir voltaj ise, vericinin voltaj akım dönüştürücüsü onu 4 mA ile 20 mA arasındaki orantılı bir akıma dönüştürür.çıkış DAC aracılığıyla analog akıma dönüştürülür.Göndericinin kendi güç kaynağı vardır, örneğin LDO veya voltaj düzenleyicisi.
Kontrol ucundaki alıcı: Alıcı 4-20 mA sinyali okuyor ve kontrol sisteminin ölçebildiği, görüntüleyebileceği veya çalıştırabileceği bir voltaj haline dönüştürüyor.
Döngü kablolama, güç kaynağını, vericiyi ve alıcıyı seri olarak birbirine bağlar: döngü binlerce metre uzunluğunda olabilir.Aynı iki kablo aynı anda güç ve sinyal akımları aktarır.Dört tel sistemi güç ve sinyalleri iletmek için farklı tel çiftleri kullanır.
-40 ° C'den +105 ° C'ye kadar değişen sıcaklıklarda sert endüstriyel ortamlarda bile, akım döngüsünün bileşenlerinin hassas, enerji tasarruflu ve güvenilir olması gerekir.Ayrıca döngünün güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için gerekli güvenlik ve sistem düzeyinde işlevleri desteklemeleri gerekir..