Os designers normalmente usam por padrão reguladores de baixa tensão de abandono (LDOs) para alimentar sistemas de sensoriamento industrial e IoT projetados com circuitos de corrente de 4-20 mA.para aplicações que se concentrem no consumo de energia e no espaço limitadoNeste ponto, os projetistas devem considerar a mudança para reguladores de tensão (também conhecidos como conversores buck),especialmente para aplicações que exijam uma elevada eficiência energética, desempenho de dissipação de calor e vida útil prolongada da bateria.
O circuito de corrente de 4-20 mA é um método robusto e fiável para transmitir os resultados das medições dos sensores para um controlador lógico programável (PLC),e transmitindo a saída de controlo do PLC para o equipamento de modulação do processoEste sistema garante uma transmissão de sinal de longa distância precisa e resistente ao ruído, utilizando cabos de pares torcidos, tornando-o uma escolha ideal para vários ambientes industriais.Independentemente do comprimento do fio, a corrente permanece consistente, tornando-se uma configuração padrão para fábricas, laboratórios e aplicações de monitoramento remoto.
A avaliação da compensação entre o LDO e os reguladores de comutação nos circuitos atuais pode ajudar a alcançar projetos mais inteligentes e sustentáveis.
O LDO ainda tem seu lugar em algumas situações especiais, onde pode proporcionar vantagens como ruído ultra baixo, lista de materiais simplificada ou margem mínima de regulação de tensão.Eles têm menor eficiência inerente porque dissipam a diferença entre as tensões de entrada e saída como calorEstas energias desperdiçadas podem conduzir a um aumento da carga térmica em aplicações e reduzir consideravelmente a vida útil da bateria em aplicações portáteis ou remotas.
Quando a eficiência, o desempenho de dissipação de calor ou o tempo de funcionamento da bateria são cruciais, a redução de tensão síncrona pode ser uma escolha melhor.A tecnologia moderna de redução de tensão síncrona pode proporcionar uma eficiência de 85% a 95%, reduzindo significativamente a geração de calor, e agora também fornecendo corrente estática de baixa faixa de microampere.enquanto os reguladores de tensão podem efetivamente converter a tensão extra em corrente utilizável, conseguindo assim mais funções que consomem energia sem superaquecimento ou desperdício de energia.
Estas características tornam os reguladores de tensão a solução preferida para qualquer circuito de 4 a 20 mA (como sensores alimentados a bateria) com margens de entrada superiores a alguns volts, exigindo eficiência térmica,ou que exijam uma operação de longa duração a potência limitada.
Se a tensão de alimentação projetada for cerca de 6 V superior à tensão exigida pelo transmissor de circuito de corrente,e há espaço na placa de circuito para acomodar pequenos inductores e capacitores de saída, então um regulador de buck síncrono eficiente é geralmente a melhor escolha.e garantir corrente suficiente para alimentar outras funções no circuito de 4-20 mAPor conseguinte, é uma escolha ideal para transmissores modernos que exigem fiabilidade e eficiência energética em ambientes industriais.
A vantagem da dissipação de calor dos reguladores de tensão reduz consideravelmente as exigências de dissipadores de calor em módulos industriais de alta corrente e alta temperatura.Mesmo um circuito de 5 μ A buck tem uma eficiência superior ao LDO, uma vez que esta última converte uma parte significativa da tensão da bateria em calor.
Ciclo de accionamento
O circuito de corrente de 4-20 mA é uma das formas mais comuns de enviar informações entre sensores no local e sistemas de controlo que utilizam os seus dados.e mesmo instruções para mover válvulasÉ simples, fiável e eficaz para uso a longa distância.
O circuito de corrente (Figura 1) pode transmitir sinais de medição de instrumentos como sensores de temperatura ou pressão,ou sinais de comando para dispositivos que movem ou regulam mecanismos como posicionadores de válvulas.
Diagrama esquemático do circuito de corrente de 4-20 mA
Figura 1: Um diagrama esquemático de um circuito de corrente de 4-20 mA ilustra como usar corrente em vez de tensão para transmitir sinais analógicos em automação industrial, sistemas de sensores,e aplicações de controlo de processos. (Fonte da imagem: Analog Devices, Inc.)
O circuito de corrente consiste em quatro componentes principais:
A fonte de alimentação em corrente contínua: Dependendo da configuração, pode ser de 9 V, 12 V, 24 V ou superior.que é também a quantidade de tensão que todos os componentes (transmissorO regulador local diminui a corrente para alimentar os sensores e dispositivos eletrônicos.
O transmissor num dos lados do sensor transmite sinais elétricos que representam o mundo físico: o sensor gera sinais brutos relacionados com temperatura, pressão, distância,ou outras medições físicasSe for uma tensão analógica, o conversor de corrente de tensão do transmissor irá convertê-la numa corrente proporcional de 4 mA a 20 mA.a saída é convertida em corrente analógica através de DACO transmissor tem a sua própria fonte de alimentação, como o LDO ou o regulador de tensão.
Receptor na extremidade de controle: O receptor lê o sinal de 4-20 mA e o converte em uma tensão que o sistema de controle pode medir, exibir ou executar.
A fiação de circuito conecta a fonte de alimentação, o transmissor e o receptor em série: o circuito pode ter até milhares de metros de comprimento.Os mesmos dois fios transmitem simultaneamente corrente de potência e sinalO sistema de 4 fios utiliza diferentes pares de fios para transmitir energia e sinais.
Mesmo em ambientes industriais adversos com temperaturas que variam de -40°C a +105°C, os componentes do circuito de corrente devem ser precisos, energéticamente eficientes e fiáveis.Devem também suportar as funções de segurança e de nível do sistema necessárias para garantir a segurança e a fiabilidade do circuito.
Superando as limitações do LDO
Os reguladores lineares são fáceis de usar e têm baixo ruído, mas podem converter o excesso de energia em calor, resultando em desperdício, e têm um limite superior inferior de corrente disponível.À medida que os designers adicionam mais recursos ao transmissor, tais como diagnósticos, interfaces digitais ou inteligência local, a demanda por energia também aumenta, o que pode exceder a energia que um simples LDO pode fornecer.Uma opção melhor é usar reguladores de comutação mais eficientes, como a série LT8618 da Analog Devices, Inc.
O LT8618 é um conversor de buck compacto mas poderoso projetado para ambientes adversos, incluindo aplicações industriais, automotivas e outras que exigem potência imprevisível.É particularmente adequado para utilização em sistemas de circuito de corrente de 4 a 20 mA, com corrente estática ultra-baixa, alta eficiência, ampla gama de entrada (3,4 V a 60 V, operação contínua) e condições de tensão transitória até 65 V.
A série LT8618 fornece reguladores de tensão multifuncionais para várias aplicações industriais e de alimentação por circuito.
LT8618EDDB-3.3 # TRPBF (ver diagrama esquemático na figura 2) fornece uma saída fixa de 3,3 V,tornando-o ideal para projetos que exigem tensões estáveis e bem definidas para lidar com trilhos de tensão imprevisíveis comuns em ambientes industriais e de campoA sua corrente de saída máxima é de 100 mA, adequada para a alimentação de sensores, transmissores e outros circuitos auxiliares.Ajuda a aumentar a eficiência do sistema e a duração da bateria.