ST意法半導體CLT03-1SC3與CLT03-2Q3打造更小的數(shù)字輸入模塊
公司經(jīng)常會忽視工業(yè)應用小型化、密集化的趨勢。隨著消費者產(chǎn)品的功能日益豐富，工業(yè)控制系統(tǒng)自然也不能例外。因此，意法半導體推出了CLT03-1SC3和CLT03-2Q3。這兩款用于數(shù)字輸入的限流器可大大減少散熱。它們也兼容低電壓輸出等不需要光電耦合器的應用，期間無需使用額外的組件，即可輕松構建更具成本效益的工廠自動化解決方案。同樣，工程師可以縮減樓宇自動化系統(tǒng)的規(guī)模或提升電機驅動的效率。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3具有類似的規(guī)格，但分別支持單通道和雙通道。由于安全法規(guī)限制了通道數(shù)量，因此僅提供一個或兩個通道可使工程師實現(xiàn)更高的靈活性和更小的封裝。數(shù)字輸入限流器背后的挑戰(zhàn)
如今，微控制器和網(wǎng)絡模塊受到了大量的關注。然而，沒有安全可靠的數(shù)字輸入電路，有時無法確認是否被觸發(fā)。因此，IEC61131-2嚴格規(guī)范了24V工業(yè)傳感器，這類傳感器有助于確定信號是0還是1。例如，工業(yè)傳感器需要將數(shù)據(jù)發(fā)送至MCU。其信號將經(jīng)過數(shù)字輸入接口，這有助于確定MCU應將信號解讀為“0”還是“1”。
IEC61131-2 1類傳感器中的信號為“0”時，電壓在15 mA下必須介于-3 V與+15V之間。信號“1”為時，電壓介于15 V與30 V之間，電流介于2 mA與15 mA之間。在3類傳感器中，信號為“0”時，電壓在15 mA下介于-3 V與+11V之間。信號為“1”時，在電流介于2 mA與15 mA之間時，電壓介于+11 V與+30 V之間。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3支持1類（傳統(tǒng)）和3類（現(xiàn)代）傳感器。
用于數(shù)字輸入的限流器面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，惡劣環(huán)境下的高電壓。工程師知道許多24 V負載都會出現(xiàn)陡峭的尖峰。此外，限流器本身必須輸出非常低的電流，并與低功耗微控制器的電壓保持兼容。因此，原始數(shù)字輸入使用離散系統(tǒng)，許多仍在使用光電耦合器。隨著電路變得越來越小，工程師必須設法縮小設計。使用CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可以減少元器件和優(yōu)化系統(tǒng)，使它們能夠小型化。
CLT03-1SC3和CLT03-2Q3：通過減少元器件來實現(xiàn)小型化
發(fā)熱量低得多
離散式限流器所面臨的最常見問題為其固有的大功率和散熱。3類數(shù)字輸入必須具有低至2mA的電流。因此，電流顯著降低通常意味著高損耗。事實上，盡管可以使用無源電阻來降低電流，但其性能與電壓成線性關系，這會增加損耗，從而使散熱量顯著增加。此外，離散式限流器自身約消耗2mA。由于其機制并非與電壓成線性關系，CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可提供更出色的性能，因此不會遇到功率損耗和散熱問題。
自行供電并使用小封裝
CLT03-1SC3和CLT03-2Q3還可通過其自供電功能幫助縮小設計。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可以使用輸入信號激活兩個限流器，并且在關斷狀態(tài)下不消耗任何能量。工程師無需使用電源進行驅動即可提高總體效率。此外，由于可編程邏輯控制器必須具有指示燈，因此該架構可以驅動LED，而無需額外的板和連接器。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3是目前市場上為數(shù)不多的自供電數(shù)字輸入限流器。最后，雙通道CLT03-2Q3可采用小型QFN封裝，從而幫助工程師進一步縮小PCB。
適用于隔離式和非隔離式系統(tǒng)
得益于數(shù)字輸入限流器的優(yōu)化，團隊可以進一步縮小其設計，并從用途更多的系統(tǒng)中受益。盡管許多工程師關注基本規(guī)范，但研究整體架構同樣重要。例如，意法半導體可以修改CLT03-1SC3和CLT03-2Q3的輸出級，以確保其能夠用于隔離式和非隔離式解決方案。團隊使用光電耦合器來將場側與邏輯側隔離。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，隔離對于發(fā)送干凈的信號和保護可編程邏輯控制器很有必要。然而，在使用低功率微控制器等一些情況下并不需要光電耦合器。在這種情況下，意法半導體限流器無需任何額外的外部元件即可驅動數(shù)字輸入，從而進一步簡化PCB。
CLT03-1SC3和CLT03-2Q3：通過創(chuàng)新來提高生活質(zhì)量
60 V和反向插件
為使CLT03-1SC3和CLT03-2Q3更穩(wěn)健，我們確保支持高達60V的輸入電壓，同時仍支持反向插件。傳統(tǒng)上，數(shù)字輸入最高可維持45 V。但是，越來越多的安全應用將60 V作為目標，工業(yè)環(huán)境往往不穩(wěn)定。因此，留出更高的余量可以使系統(tǒng)更穩(wěn)健。然而，額定電壓為60V的競爭性數(shù)字輸入限流器不支持反向插件。
可編程測試脈沖發(fā)生器
意法半導體工程師希望幫助客戶更好地監(jiān)控其系統(tǒng)。因此，我們提供可配置測試脈沖發(fā)生器。測試脈沖這一理念本身并不新鮮。傳統(tǒng)上，它以標志的形式出現(xiàn)。如果設備出現(xiàn)故障，它會向微控制器發(fā)出一個標志。然而，如果傳感器不發(fā)送信息，輸入可能會卡在高壓位置（即“1”）。MCU無法知道輸入是否錯誤，進而可能導致問題的發(fā)生。
為解決這一問題，CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可發(fā)送一個可編程測試脈沖，以定期將輸入強制為0。如此便能檢查高電壓究竟是由傳感器信息造成的，還是僅由故障導致的錯誤。此外，如果輸入電壓超出IEC61131-2規(guī)范（即在DC24V的輸入信號應用中高于30 V），則可以將數(shù)字輸入限流器置于安全模式，以降低電流。一旦電壓下降，設備將恢復正常運行模式。
下一步
試用CLT03系列器件的最佳方式為使用STEVAL-IFP035V1。評估板使用兩種CLT03-2Q3，以便工程師測試隔離式和非隔離式輸入。因此，這是減少散熱或提高設備EMI穩(wěn)健性的最快方式。事實上，競爭性數(shù)字輸入限流器未使用EMI濾波器，因為這會限制傳感器和微控制器之間的數(shù)據(jù)速率。但是，由于傳感器本身具有低數(shù)據(jù)速率，我們的工程師決定加入高額定值EMI濾波器。在CLT03器件中加入該濾波器有助于進一步減少材料清單，從而提高整體的穩(wěn)健性。
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在之前的介紹中，我們也為大家介紹了《ST意法半導體雙通道柵極驅動器優(yōu)化SiC和IGBT開關電路》，也是目前我們主推的非常成熟的解決方案！
編輯：zzy 最后修改時間：2022-08-09
