很多時(shí)候，公司忘記了工業(yè)應(yīng)用也變得越來(lái)越小和越來(lái)越密集。雖然許多人理解為什么消費(fèi)產(chǎn)品包含更多功能，但工業(yè)控制系統(tǒng)也不能免于這種趨勢(shì)。因此，ST 推出了CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3，這兩款用于數(shù)字輸入的限流器可大大降低散熱量。它們還與不需要光耦合器的應(yīng)用兼容，例如低壓輸出，無(wú)需使用額外的組件。因此，構(gòu)建更具成本效益的工廠自動(dòng)化解決方案變得更加容易。同樣，工程師可以使樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)小型化或更有效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 具有相似的規(guī)格，但分別支持單通道和雙通道。由于安全法規(guī)限制了通道的數(shù)量，因此僅提供一兩個(gè)通道可為工程師提供更大的靈活性和更小的封裝。

數(shù)字輸入限流器背后的挑戰(zhàn)

微控制器和網(wǎng)絡(luò)模塊備受關(guān)注。但是，如果沒(méi)有安全可靠的數(shù)字輸入電路，就不可能知道哪條路是向上的，有時(shí)甚至是字面意思。這就是 IEC61131-2 對(duì) 24 V 工業(yè)傳感器進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管的原因，這有助于確定信號(hào)是 0 還是 1。例如，工業(yè)傳感器需要向 MCU 發(fā)送數(shù)據(jù)。其信號(hào)將通過(guò)數(shù)字輸入接口，這將有助于確定 MCU 是否應(yīng)將信號(hào)解釋為“0”或“1”。

IEC61131-2 Type 1 傳感器中的“0”在 15 mA 時(shí)必須介于 -3 V 和 +15 V 之間。“1”在 15 V 和 30 V 之間，電流在 2 mA 和 15 mA 之間。在 3 類傳感器中，“0”在 15 mA 時(shí)的電壓介于 -3 V 和 +11 V 之間?！?”的電壓在 +11 V 和 +30V 之間，電流在 2 mA 和 15 mA 之間。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 支持 1 型（傳統(tǒng)）和 3 型（現(xiàn)代）傳感器。

數(shù)字輸入限流器面臨許多挑戰(zhàn)。例如，它們必須處理惡劣環(huán)境中的高電壓。工程師們知道，許多 24 V 負(fù)載都會(huì)受到劇烈尖峰的影響。此外，限幅器本身必須輸出非常低的電流并保持與低功耗微控制器的電壓兼容。因此，最初的數(shù)字輸入使用分立系統(tǒng)，許多仍然使用光耦合器。隨著電路變得越來(lái)越小，工程師們不得不找到一種方法來(lái)縮小他們的設(shè)計(jì)。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 由于能夠移除組件和優(yōu)化系統(tǒng)，因此可以實(shí)現(xiàn)小型化。

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3：通過(guò)減少實(shí)現(xiàn)小型化

散發(fā)更少的熱量

分立式限流器面臨的最常見(jiàn)問(wèn)題是其固有的高功率和散熱。類型 3 數(shù)字輸入的電流必須低至 2 mA。因此，電流的急劇減少傳統(tǒng)上意味著高損耗。事實(shí)上，雖然可以使用無(wú)源電阻器來(lái)降低電流，但它們的性能會(huì)線性跟蹤電壓，這會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加，從而導(dǎo)致顯著的散熱。此外，分立電流限制器本身消耗的電流超過(guò) 2 mA。因此，CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 提供了更好的性能，因?yàn)樗鼈兊臋C(jī)制與電壓不是線性的。因此，它們不會(huì)遭受相同的功率損失和散熱問(wèn)題。

為自身供電并使用小型封裝

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 幫助縮小設(shè)計(jì)的另一種方式是通過(guò)它們的自供電功能。實(shí)際上，可以使用輸入信號(hào)激活兩個(gè)限流器。此外，它們?cè)陉P(guān)閉狀態(tài)下根本不消耗電力。工程師不需要使用電源來(lái)驅(qū)動(dòng)它們，因此可以提高整體效率。此外，由于可編程邏輯控制器必須具有指示燈，因此該架構(gòu)無(wú)需額外的電路板和連接器即可驅(qū)動(dòng) LED。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 是當(dāng)今市場(chǎng)上為數(shù)不多的自供電數(shù)字輸入電流限制器之一。最后，雙通道 CLT03-2Q3 采用微型 QFN 封裝這一事實(shí)意味著工程師可以將其 PCB 做得更小。

使用隔離和非隔離系統(tǒng)

由于數(shù)字輸入電流限制器的優(yōu)化，團(tuán)隊(duì)還可以進(jìn)一步縮小他們的設(shè)計(jì)，并從更通用的系統(tǒng)中受益。事實(shí)上，雖然許多工程師關(guān)注基本規(guī)范，但研究整體架構(gòu)同樣重要。例如，ST 修改了 CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 的輸出級(jí)，以確保它們?cè)诟綦x和非隔離解決方案中的使用。團(tuán)隊(duì)使用光耦合器將現(xiàn)場(chǎng)側(cè)與邏輯側(cè)隔離。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，需要隔離以發(fā)送干凈的信號(hào)并保護(hù)可編程邏輯控制器。但是，在某些情況下不需要光耦合器，例如在使用低功耗微控制器時(shí)。在這種情況下，ST 限流器無(wú)需任何額外的外部元件即可驅(qū)動(dòng)數(shù)字輸入，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了 PCB。

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3：通過(guò)創(chuàng)新提高生活質(zhì)量

60 V 和反向插件

為了使 CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 更加穩(wěn)健，我們確保支持高達(dá) 60 V 的輸入電壓，同時(shí)仍支持反向插件。傳統(tǒng)上，數(shù)字輸入支持高達(dá) 45 V。然而，越來(lái)越多的安全應(yīng)用以 60 V 為目標(biāo)。工業(yè)設(shè)置通常不穩(wěn)定。因此，允許更大的凈空使系統(tǒng)更加健壯。但是，額定電壓為 60 V 的競(jìng)爭(zhēng)數(shù)字輸入電流限制器不支持反向插件。

可編程測(cè)試脈沖發(fā)生器

ST 工程師希望幫助客戶更好地監(jiān)控他們的系統(tǒng)。因此，我們包含了一個(gè)可配置的測(cè)試脈沖發(fā)生器。測(cè)試脈沖本身的想法并不新鮮。傳統(tǒng)上，它采用旗幟的形式。如果設(shè)備進(jìn)入故障區(qū)域，它會(huì)向微控制器發(fā)出一個(gè)標(biāo)志。不幸的是，如果傳感器不發(fā)送信息，則有可能輸入可能會(huì)卡在高壓位置，或 1. MCU 無(wú)法知道輸出是否錯(cuò)誤，這可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 可以發(fā)送一個(gè)可編程的測(cè)試脈沖，該脈沖可以定期強(qiáng)制輸入為 0。因此它提供了一種方法來(lái)檢查高電壓是傳感器信息的結(jié)果還是僅僅是由于錯(cuò)誤一個(gè)錯(cuò)誤。此外，如果輸入電壓攀升至高于 IEC61131-2 規(guī)范，即直流 24V 輸入信號(hào)應(yīng)用高于 30V，則可以將我們的數(shù)字輸入電流限制器置于安全模式以降低電流。一旦電壓降低，設(shè)備就會(huì)恢復(fù)正常行為。

下一步

試用 CLT03 系列器件的最佳方法是使用STEVAL-IFP035V1。該評(píng)估板使用兩個(gè) CLT03-2Q3 允許工程師測(cè)試隔離和非隔離輸入。因此，這是見(jiàn)證較低散熱或設(shè)備 EMI 穩(wěn)健性的最快方式。事實(shí)上，競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)字輸入電流限制器不使用 EMI 濾波器，因?yàn)樗鼈兿拗屏藗鞲衅骱臀⒖刂破髦g的數(shù)據(jù)速率。然而，由于傳感器本身具有低數(shù)據(jù)速率，我們的工程師決定包括一個(gè)高額定 EMI 濾波器。它在 CLT03 設(shè)備中的存在有助于進(jìn)一步減少材料清單，因?yàn)樗鼈兲岣吡苏w穩(wěn)健性。

審核編輯：郭婷