Các nhà thiết kế thường mặc định sử dụng các bộ điều chỉnh điện áp thoát thấp (LDO) để cung cấp năng lượng cho các hệ thống cảm biến công nghiệp và IoT được thiết kế với các vòng điện 4-20 mA. Tuy nhiên,cho các ứng dụng tập trung vào tiêu thụ năng lượng và không gian hạn chế, LDO ngày càng trở nên không thực tế. Tại thời điểm này, các nhà thiết kế nên xem xét chuyển sang điều chỉnh điện áp (còn được gọi là bộ chuyển đổi buck),đặc biệt là cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu quả năng lượng cao, hiệu suất phân tán nhiệt, và kéo dài tuổi thọ pin.
Chuỗi dòng 4-20 mA là một phương pháp mạnh mẽ và đáng tin cậy để truyền kết quả đo từ các cảm biến đến bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC),và truyền ra đầu ra điều khiển của PLC cho thiết bị điều chỉnh quy trìnhHệ thống này đảm bảo truyền tín hiệu đường dài chính xác và chống tiếng ồn bằng cách sử dụng cáp đôi xoắn, làm cho nó trở thành sự lựa chọn lý tưởng cho các môi trường công nghiệp khác nhau.Bất kể chiều dài của dây, dòng điện vẫn ổn định, làm cho nó trở thành cấu hình tiêu chuẩn cho các nhà máy, phòng thí nghiệm và các ứng dụng giám sát từ xa.
Đánh giá sự đánh đổi giữa LDO và điều chỉnh chuyển đổi trong các vòng lưu hiện tại có thể giúp đạt được các thiết kế thông minh và bền vững hơn.
LDO vẫn có vị trí của nó trong một số tình huống đặc biệt, nơi nó có thể cung cấp những lợi thế như tiếng ồn cực thấp, danh sách vật liệu đơn giản hoặc biên điều chỉnh điện áp tối thiểu.chúng có hiệu suất vốn có thấp hơn bởi vì chúng tiêu tan sự khác biệt giữa điện áp đầu vào và đầu ra như nhiệtCác năng lượng lãng phí này có thể dẫn đến sự gia tăng tải nhiệt trong các ứng dụng và rút ngắn đáng kể tuổi thọ pin trong các ứng dụng di động hoặc từ xa.
Khi hiệu quả, hiệu suất tiêu hao nhiệt, hoặc thời gian chạy pin là rất quan trọng, giảm điện áp đồng bộ có thể là một lựa chọn tốt hơn.Công nghệ giảm điện áp đồng bộ hiện đại có thể cung cấp hiệu quả từ 85% đến 95%, giảm đáng kể sản xuất nhiệt, và bây giờ cũng cung cấp dòng điện tĩnh microampere thấp.trong khi các bộ điều chỉnh điện áp có thể hiệu quả chuyển đổi điện áp bổ sung thành dòng điện có thể sử dụng, do đó đạt được nhiều chức năng tiêu thụ năng lượng hơn mà không quá nóng hoặc lãng phí năng lượng.
Các tính năng này làm cho các bộ điều chỉnh điện áp là giải pháp ưa thích cho bất kỳ vòng lặp 4-20 mA (chẳng hạn như các cảm biến chạy bằng pin) với biên đầu vào vượt quá một vài volt, đòi hỏi hiệu suất nhiệt,hoặc đòi hỏi hoạt động lâu dài ở công suất hạn chế.
Nếu điện áp cung cấp thiết kế cao hơn khoảng 6V so với điện áp yêu cầu của bộ truyền mạch dòng,và có không gian trên bảng mạch để chứa các cảm ứng nhỏ và đầu ra tụ, sau đó một hiệu quả đồng bộ buck điều chỉnh thường là sự lựa chọn tốt nhất. nó có thể giảm hiệu quả điện áp, giảm thiểu lãng phí nhiệt,và đảm bảo đủ điện để cung cấp năng lượng cho các chức năng khác trong vòng lặp 4-20 mADo đó, nó là một sự lựa chọn lý tưởng cho các máy phát hiện đại đòi hỏi cả độ tin cậy và hiệu quả năng lượng trong môi trường công nghiệp.
Ưu điểm phân tán nhiệt của các bộ điều chỉnh điện áp làm giảm đáng kể yêu cầu cho các thùng tản nhiệt trong các mô-đun công nghiệp dòng điện cao và nhiệt độ cao.Ngay cả một mạch 5 μ A buck có hiệu quả cao hơn LDO, vì sau này chuyển đổi một phần đáng kể điện áp pin thành nhiệt.
Chuỗi ổ đĩa
Chuỗi dòng 4-20 mA là một trong những cách phổ biến nhất để gửi thông tin giữa các cảm biến tại chỗ và các hệ thống điều khiển sử dụng dữ liệu của họ.và thậm chí hướng dẫn để di chuyển vanNó đơn giản, đáng tin cậy và hiệu quả cho việc sử dụng đường dài.
Vòng mạch dòng (hình 1) có thể truyền tín hiệu đo từ các thiết bị như cảm biến nhiệt độ hoặc áp suất,hoặc tín hiệu điều khiển đến các thiết bị di chuyển hoặc điều chỉnh các cơ chế như thiết bị định vị van.
Sơ đồ sơ đồ của vòng lặp dòng 4-20 mA
Hình 1: Một sơ đồ của một vòng lặp dòng điện 4-20 mA minh họa cách sử dụng dòng điện thay vì điện áp để truyền tín hiệu tương tự trong tự động hóa công nghiệp, hệ thống cảm biến,và các ứng dụng kiểm soát quy trình. (Nguồn hình ảnh: Analog Devices, Inc.)
Vòng lặp hiện tại bao gồm bốn thành phần chính:
Nguồn điện DC: Tùy thuộc vào cài đặt, nó có thể là 9V, 12V, 24V hoặc cao hơn.cũng là số lượng điện áp mà tất cả các thành phần (trình phátSau đó, bộ điều chỉnh địa phương giảm nó để cung cấp năng lượng cho các cảm biến và thiết bị điện tử.
Máy phát ở một bên của cảm biến truyền tín hiệu điện đại diện cho thế giới vật lý: cảm biến tạo ra các tín hiệu thô liên quan đến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách,hoặc các phép đo vật lý khácNếu nó là một điện áp tương tự, các biến áp hiện tại của bộ truyền sẽ chuyển đổi nó thành một điện tương xứng của 4 mA đến 20 mA. Nếu nó là một cảm biến kỹ thuật số,đầu ra được chuyển đổi thành dòng điện tương tự thông qua DACMáy phát có nguồn cung cấp điện riêng của nó, chẳng hạn như LDO hoặc bộ điều chỉnh điện áp.
Máy thu ở đầu điều khiển: Máy thu đọc tín hiệu 4-20 mA và chuyển đổi nó thành điện áp mà hệ thống điều khiển có thể đo, hiển thị hoặc thực hiện.
Loop dây dẫn kết nối nguồn cung cấp điện, máy phát và máy thu trong loạt: vòng lặp có thể lên đến hàng ngàn feet dài.cùng hai dây đồng thời truyền dòng điện và tín hiệuHệ thống 4 dây sử dụng các cặp dây khác nhau để truyền điện và tín hiệu.
Ngay cả trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt với nhiệt độ dao động từ -40 ° C đến + 105 ° C, các thành phần của vòng lặp dòng điện phải chính xác, tiết kiệm năng lượng và đáng tin cậy.Chúng cũng phải hỗ trợ các chức năng an toàn và hệ thống cần thiết để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của vòng lặp..