設計者は通常,低脱出電圧調節器 (LDO) を4-20mAの電流ループで設計された産業センサーとIoTシステムに電力を供給するために使用します.電力消費と限られたスペースに重点を置くアプリケーションこの時点で,設計者は電圧調節器 (バック変換器としても知られる) に切り替えることを検討すべきである.特に高エネルギー効率を必要とするアプリケーションでは熱消耗性能とバッテリーの寿命が長くなっています
4〜20mAの電流ループは,センサーからプログラム可能な論理制御器 (PLC) に測定結果を送信するための堅牢で信頼できる方法です.PLCの制御出力をプロセスのモジュレーション機器に送信するこのシステムは,歪んだペアケーブルを用いて,精確でノイズ耐性のある長距離信号伝送を保証し,様々な産業環境にとって理想的な選択肢となっています.ワイヤの長さに関係なく,電流は一貫しているため,工場,研究室,リモートモニタリングアプリケーションの標準構成です.
LDOとスイッチングレギュレーターとの間のトレードオフを評価することで,よりスマートで持続可能な設計を達成することができます.
低騒音,簡易化された材料リスト,または最小の電圧調節幅などの利点を提供できる.しかし,熱として入力電圧と出力電圧の違いを消散するため,より低い固有の効率を持っています.これらの無駄なエネルギーは,アプリケーションにおける熱負荷の増加につながり,携帯またはリモートアプリケーションにおけるバッテリー寿命が大幅に短縮する可能性があります.
効率や熱消耗性能,または電池の稼働時間が決定的に重要であれば,同期電圧削減がよりよい選択かもしれません.現代の同期電圧減圧技術で 85%~95%の効率が確保できますLDOは熱として過剰電圧を消散します. LDOは,電流を低圧で回転させ,電圧調節器は,効率的に使用可能な電流に余分な電圧を変換することができます過剰な熱やエネルギーを無駄にせずに,より多くの電力を消費する機能を達成します.
これらの特性により,電圧調節器は,熱効率を必要とする数ボルトを超える入力マージンを持つ4-20mA回路 (バッテリー駆動センサーなど) に対して好ましいソリューションになります.限られた電源で長時間稼働する必要がある場合.
設計された電源電圧が電流ループ送信機に必要な電圧より約6V高ければ,そして,小さなインダクタと出力コンデンサを収容するための回路ボードにスペースがあります効率的な同期バックレギュレーターは,通常,最良の選択です. それは効果的に電圧を削減することができます,4-20mAループの他の機能に十分な電流を供給することを保証するしたがって,工業環境で信頼性とエネルギー効率の両方を要求する現代の送信機にとって理想的な選択です.
電圧調節器の熱消耗の利点は,高電流および高温産業モジュールにおける熱吸収器の要求を大幅に削減します.5 μ A バック回路でさえ LDO より効率が高い電池の電圧のかなりの部分を熱に変換する.
ドライブループ
4〜20mAの電流ループは,そのデータを利用する現場センサーと制御システムとの間の情報を送信する最も一般的な方法の一つです.信号は温度,圧力,流量,バルブを動かすための指示さえもシンプルで信頼性があり 遠隔使用に有効です
電流回路 (図1) は,温度や圧力センサーなどの計測器から測定信号を送信できる.バルブポジショナーなどのメカニズムを動かすか調節する装置への制御信号.
4-20 mA の電流ループの図面
図1: 4〜20 mA の電流ループの図式図は,産業自動化,センサーシステム,電圧の代わりに電流をどのように使用するかを示しています.プロセス制御アプリケーション(画像源: アナログ・デバイスズ,インク)
電流回路は4つの主要構成要素で構成されています.
直流電源:設定に応じて 9 V,12 V,24 V 以上でなければなりません.電源が供給する電圧はより高く,少なくとも10%高くなければなりません.すべてのコンポーネント (トランスミッター) の電圧の量ですローカル・レギュレーターでセンサーや電子機器に電力を供給します. ローカル・レギュレーターで電流が流れると,ローカル・レギュレーターで電流が流れます.
センサーの片側にあるトランスミッターは物理的世界を表現する電気信号を送信します センサーは温度,圧力,距離,他の物理的な測定デジタルセンサーの場合,電流の電圧変換器は電流を4mAから20mAの比例電流に変換します.出力はDACでアナログ電流に変換される.トランスミッターには LDO や電圧調節器のような 独自の電源があります
制御端の受信機:受信機は4〜20mAの信号を読み取り,制御システムが測定,表示,または実行できる電圧に変換します.
ループワイヤリングは電源,送信機,受信機を連続で接続します.ループは長さ数千フィートまであります.同じ2本のワイヤが同時に電源と信号電流を伝送する4本のワイヤーのシステムでは 異なるワイヤペアを使って 電源と信号を送信します
-40°Cから+105°Cの温度で厳しい工業環境でも,電流回路の構成要素は精密で,エネルギー効率が高く,信頼性が高くなければなりません.また,ループの安全性と信頼性を確保するために必要な安全性およびシステムレベルの機能をサポートしなければならない..
LDO の 制限 を 克服 する
線形調節器は使いやすくてノイズも少ないが,余分なエネルギーを熱に変換し,廃棄物を生み出し,利用可能な電流の上限を下回る.設計者がトランスミッターに 追加した機能として診断やデジタルインターフェースやローカル・インテリジェンスなど,電力供給の需要も増加し,単純なLDOが提供できる電力を上回る可能性があります.より効率的なスイッチ調節器を使う方が良いアナログ・デバイスズ・インク社の LT8618シリーズなど
LT8618は,工業,自動車,および予測不可能な電力を必要とする他のアプリケーションを含む厳しい環境のために設計されたコンパクトで強力なバック変換機です.それは特に4-20mAの電流ループシステムで使用するのに適しています.超低静電,高効率,広い入力範囲 (3.4Vから60V,連続動作) と65Vまでの臨時電圧条件.
LT8618シリーズは,様々な産業用およびループ用電源アプリケーションのための多機能電圧調節器を提供します.例えば:
LT8618EDDB-3.3 # TRPBF (図2の図式図を参照) は固定 3.3V出力を提供します.産業やフィールド環境における一般的な予測不可能な電圧レールに対処するために安定し,よく定義された電圧を必要とする設計に理想的です極低静電流は,低アクティビティ期間の電源損失を最小限に抑える.システム効率とバッテリー寿命を延長するのに役立ちます.