ผู้ออกแบบมักใช้ตัวควบคุมความแรงต่ํา (LDO) เพื่อให้พลังงานกับระบบการตรวจจับอุตสาหกรรมและ IoT ที่ออกแบบด้วยวงจรปัจจุบัน 4-20 mAสําหรับการใช้งานที่เน้นการบริโภคพลังงานและพื้นที่จํากัด, LDO กลายมาเป็นไปเรื่อย ๆ ไม่เชิงปฏิบัติ. ในจุดนี้นักออกแบบควรพิจารณาการเปลี่ยนไปยังตัวควบคุมความดัน (ที่รู้จักกันเช่นกันว่าตัวแปลงบัค),โดยเฉพาะสําหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพพลังงานสูง, การระบายความร้อน และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
สายวงจรปัจจุบัน 4-20 mA เป็นวิธีที่มั่นคงและน่าเชื่อถือในการส่งผลการวัดจากเซ็นเซอร์ไปยังเครื่องควบคุมโลจิกที่สามารถเขียนโปรแกรมได้ (PLC)และส่งผลการควบคุมของ PLC ไปยังอุปกรณ์การปรับปรุงกระบวนการระบบนี้ทําให้การส่งสัญญาณระยะไกลที่มีความแม่นยําและกันเสียงโดยใช้สายไฟคู่บิดทําให้มันเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสําหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมต่างๆไม่ว่าสายจะยาวแค่ไหน, ปัจจุบันยังคงคงคง, ทําให้มันเป็นการตั้งค่ามาตรฐานสําหรับโรงงาน, ห้องปฏิบัติการ, และการใช้งานติดตามทางไกล.
การประเมินการประสานงานระหว่าง LDO และการเปลี่ยนตัวควบคุมในวงจรปัจจุบัน อาจช่วยให้เกิดการออกแบบที่ฉลาดและยั่งยืนมากขึ้น
LDO ยังมีตําแหน่งในบางสถานการณ์พิเศษ ที่มันสามารถนําข้อดี เช่น เสียงเสียงต่ํามาก รายการวัสดุที่เรียบง่าย หรือขอบเขตการควบคุมความกระชับกําลังต่ําสุดพวกเขามีประสิทธิภาพภายในที่ต่ํากว่า เพราะพวกเขากระจายความแตกต่างระหว่างความแรงสกัดเข้าและความแรงสกัดออกเป็นความร้อนพลังงานที่สูญเสียเหล่านี้สามารถนําไปสู่การเพิ่มอัตราการบรรจุความร้อนในแอปพลิเคชั่นและสั้นอายุของแบตเตอรี่ในแอปพลิเคชั่นพกพาหรือไกล
เมื่อมีประสิทธิภาพ การ dissipation ความร้อน หรือเวลาทํางานของแบตเตอรี่ เป็นสิ่งสําคัญ การลดความกระชับกําลังสมองอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า แม้ในสภาพภาระภาระมิลลิแอมเปอร์เทคโนโลยีการลดความกระชับกําลังแบบร่วมสมัยที่ทันสมัยสามารถให้ประสิทธิภาพ 85% ถึง 95%, ลดการผลิตความร้อนอย่างมาก, และตอนนี้ยังให้บริการกระแสสแตตติกระยะไมโครแอมเปอร์ต่ํา.ขณะที่ตัวควบคุมความดันสามารถแปลงความดันเสริมเป็นกระแสไฟฟ้าที่ใช้ได้โดยทําหน้าที่ที่ใช้พลังงานมากขึ้น โดยไม่ต้องอุ่นเกินหรือเสียพลังงาน
ลักษณะเหล่านี้ทําให้ตัวควบคุมความดันเป็นทางออกที่ชอบสําหรับวงจร 4-20 mA (เช่นเซ็นเซอร์ที่ใช้แบตเตอรี่) ที่มีขอบเขตการเข้าที่เกินหลายโวลต์หรือต้องการการทํางานระยะยาวในพลังงานจํากัด.
ถ้าความดันไฟฟ้าที่ออกแบบสูงกว่าความดันที่ต้องการโดยตัวส่งวงจรปัจจุบันประมาณ 6Vและมีพื้นที่บนบอร์ดวงจรที่จะรองรับอินดูเตอร์ขนาดเล็กและ capacitors ผลิตกรุงเทพมหานคร (มหาดไทย)และให้ความมั่นคงในกระแสไฟฟ้าที่เพียงพอในการให้พลังงานกับฟังก์ชันอื่น ๆ ในวงจร 4-20 mAดังนั้น มันจึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสําหรับเครื่องส่งสัญญาณที่ทันสมัยที่ต้องการความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพพลังงานในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม
ข้อดีของการระบายความร้อนของตัวควบคุมความเครียด ลดความต้องการในการระบายความร้อนในโมดูลอุตสาหกรรมปริมาณสูงและอุณหภูมิสูงแม้กระทั่งวงจร 5 μ A buck จะมีประสิทธิภาพสูงกว่า LDOเนื่องจากแบตเตอรี่จะเปลี่ยนสัดส่วนที่สําคัญของแรงดันแบตเตอรี่เป็นความร้อน
วงจรขับเคลื่อน
วงจรปัจจุบัน 4-20 mA เป็นหนึ่งในวิธีที่ทั่วไปที่สุดในการส่งข้อมูลระหว่างเซ็นเซอร์ในสถานที่และระบบควบคุมที่ใช้ข้อมูลของพวกเขาและแม้แต่คําแนะนําในการเคลื่อนย้ายวาล์วมันง่าย น่าเชื่อถือ และมีประสิทธิภาพสําหรับการใช้ในระยะไกล
สายวงจรปัจจุบัน (รูป 1) สามารถส่งสัญญาณการวัดจากอุปกรณ์ เช่น เครื่องตรวจวัดอุณหภูมิหรือความดันหรือสัญญาณควบคุมให้กับอุปกรณ์ที่เคลื่อนไหวหรือควบคุมกลไก เช่น เครื่องวางตําแหน่งวาล์ว.
สัญลักษณ์แผนภูมิของวงจรกระแสไฟฟ้า 4-20 mA
รูปที่ 1: รูปแบบแผนภาพของวงจรกระแสกระแส 4-20 mA แสดงวิธีการใช้กระแสกระแสแทนความแรงดันในการส่งสัญญาณแบบแอนาล็อกในอุตสาหกรรมอัตโนมัติ ระบบเซ็นเซอร์และการใช้งานควบคุมกระบวนการ. (แหล่งภาพ: Analog Devices, Inc.)
หลวงปัจจุบันประกอบด้วยสี่ส่วนประกอบหลัก:
พลังงานไฟฟ้าแบบตรงกัน: ขึ้นอยู่กับการตั้งค่า มันอาจเป็น 9 V, 12 V, 24 V หรือสูงกว่าซึ่งยังเป็นปริมาณของแรงดันที่ส่วนประกอบทั้งหมด (ตัวส่ง, เครื่องรับ, สายไฟ) ในวงจร "ลดลง" เมื่อกระแสไฟฟ้า. จากนั้น, ระบบควบคุมท้องถิ่นก้าวลงเพื่อให้พลังงานเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์.
เครื่องส่งที่อยู่ด้านหนึ่งของเซ็นเซอร์ส่งสัญญาณไฟฟ้าที่แสดงโลกทางกายภาพ: เซ็นเซอร์ผลิตสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ความดัน ระยะทางหรือการวัดทางกายภาพอื่นๆถ้ามันคือความดันแบบอนาล็อก เครื่องแปลงความดันกระแสกระแสของตัวส่งจะแปลงมันเป็นกระแสสัดส่วนของ 4 mA ถึง 20 mA ถ้ามันเป็นเซ็นเซอร์ดิจิตอลผลิตแปลงเป็นกระแสอานาลอกผ่าน DACเครื่องส่งมีเครื่องพลังงานของตัวเอง เช่น LDO หรือตัวควบคุมความดัน
เครื่องรับที่ปลายการควบคุม: เครื่องรับอ่านสัญญาณ 4-20 mA และแปลงมันให้เป็นความแรงดันที่ระบบควบคุมสามารถวัด, แสดง, หรือดําเนินการได้
สายไฟลุปเชื่อมต่อไฟฟ้า, เครื่องส่งและเครื่องรับในชุด: สายไฟลุปสามารถมีความยาวถึงพันฟุตสองสายเดียวกันส่งไฟฟ้าและสัญญาณในขณะเดียวกันระบบ 4 สายใช้สายคู่ที่แตกต่างกัน เพื่อส่งพลังงานและสัญญาณ
แม้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรงที่มีอุณหภูมิระหว่าง -40 °C ถึง +105 °C ส่วนประกอบของวงจรกระแสไฟฟ้าต้องมีความแม่นยํา ประหยัดพลังงาน และน่าเชื่อถือพวกเขายังต้องสนับสนุนความปลอดภัยที่จําเป็นและฟังก์ชันระดับระบบ เพื่อรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของวงจร.
การแก้ไขข้อจํากัดของ LDO
เครื่องควบคุมเส้นตรงใช้ง่ายและมีเสียงเสียงต่ํา แต่มันสามารถเปลี่ยนพลังงานที่เกินเป็นความร้อน ส่งผลให้เกิดการเสีย และมีขั้นต่ําสูงของกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ในขณะที่นักออกแบบเพิ่มคุณสมบัติเพิ่มเติมให้กับตัวส่งเช่น การวินิจฉัย อินเตอร์เฟซดิจิตอล หรือความรู้ทางท้องถิ่น ความต้องการในการจําหน่ายพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งอาจเกินพลังงานที่ LDO ง่ายๆ สามารถให้ได้ทางเลือกที่ดีกว่าคือการใช้ ระบบควบคุมการสลับที่ประสิทธิภาพมากขึ้น, เช่น Analog Devices, Inc. ของชุด LT8618
LT8618 เป็นเครื่องแปลงบัคที่คอมพัคต์ แต่มีพลังงานที่ออกแบบมาสําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง, รวมถึงอุตสาหกรรม, รถยนต์ และแอพลิเคชั่นอื่น ๆ ที่ต้องการพลังงานที่คาดไม่ถึง.มันเหมาะสําหรับการใช้ในระบบวงจรปัจจุบัน 4-20 mA, ด้วยกระแสสแตตติกต่ํามาก, ประสิทธิภาพสูง, ระยะการเข้าที่กว้าง (3.4 V ถึง 60 V, การทํางานต่อเนื่อง) และสภาพความกระชับกําลังระยะสั้นสูงถึง 65 V
ซีรี่ย์ LT8618 จําหน่ายเครื่องควบคุมความกระชับเครือข่ายหลายฟังก์ชันสําหรับการใช้งานด้านอุตสาหกรรมและการจําหน่ายพลังงานวงจรหลายประเภท เช่น:
LT8618EDDB-3.3 # TRPBF (ดูแผนภูมิในรูป 2) ให้ผลิต 3.3V ที่คงทําให้มันเหมาะสมสําหรับการออกแบบที่ต้องการความดันคงที่และกําหนดดีในการจัดการกับสายไฟฟ้าความดันที่คาดไม่ถึงทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและสนามกระแสผลิตสูงสุด 100 mA เหมาะสําหรับการให้พลังงานกับเซ็นเซอร์, เครื่องส่งและวงจรช่วยอื่น ๆ กระแสสติกที่ต่ํามากลดการสูญเสียพลังงานในช่วงที่มีกิจกรรมต่ําช่วยยืดประสิทธิภาพของระบบและอายุของแบตเตอรี่.