ST意法半導(dǎo)體CLT03-1SC3與CLT03-2Q3打造更小的數(shù)字輸入模塊
公司經(jīng)常會(huì)忽視工業(yè)應(yīng)用小型化、密集化的趨勢(shì)。隨著消費(fèi)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(dǎo)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(yīng)用，期間無(wú)需使用額外的組件，即可輕松構(gòu)建更具成本效益的工廠自動(dòng)化解決方案。同樣，工程師可以縮減樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)；蛱嵘姍C(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)或兩個(gè)通道可使工程師實(shí)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(luò)模塊受到了大量的關(guān)注。然而，沒(méi)有安全可靠的數(shù)字輸入電路，有時(shí)無(wú)法確認(rèn)是否被觸發(fā)。因此，IEC61131-2嚴(yán)格規(guī)范了24V工業(yè)傳感器，這類傳感器有助于確定信號(hào)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(hào)將經(jīng)過(guò)數(shù)字輸入接口，這有助于確定MCU應(yīng)將信號(hào)解讀為“0”還是“1”。
IEC61131-2 1類傳感器中的信號(hào)為“0”時(shí)，電壓在15 mA下必須介于-3 V與+15V之間。信號(hào)“1”為時(shí)，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(hào)為“0”時(shí)，電壓在15 mA下介于-3 V與+11V之間。信號(hào)為“1”時(shí)，在電流介于2 mA與15 mA之間時(shí)，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(fù)載都會(huì)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(lái)越小，工程師必須設(shè)法縮小設(shè)計(jì)。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(guò)減少元器件來(lái)實(shí)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(jiàn)問(wèn)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(shí)上，盡管可以使用無(wú)源電阻來(lái)降低電流，但其性能與電壓成線性關(guān)系，這會(huì)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(jī)制并非與電壓成線性關(guān)系，CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可提供更出色的性能，因此不會(huì)遇到功率損耗和散熱問(wèn)題。
自行供電并使用小封裝
CLT03-1SC3和CLT03-2Q3還可通過(guò)其自供電功能幫助縮小設(shè)計(jì)。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可以使用輸入信號(hào)激活兩個(gè)限流器，并且在關(guān)斷狀態(tài)下不消耗任何能量。工程師無(wú)需使用電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)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(gòu)可以驅(qū)動(dòng)LED，而無(wú)需額外的板和連接器。CLT03-1SC3和CLT03-2Q3是目前市場(chǎng)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(jìn)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(tuán)隊(duì)可以進(jìn)一步縮小其設(shè)計(jì)，并從用途更多的系統(tǒng)中受益。盡管許多工程師關(guān)注基本規(guī)范，但研究整體架構(gòu)同樣重要。例如，意法半導(dǎo)體可以修改CLT03-1SC3和CLT03-2Q3的輸出級(jí)，以確保其能夠用于隔離式和非隔離式解決方案。團(tuán)隊(duì)使用光電耦合器來(lái)將場(chǎng)側(cè)與邏輯側(cè)隔離。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，隔離對(duì)于發(fā)送干凈的信號(hào)和保護(hù)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(dǎo)體限流器無(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PCB。
CLT03-1SC3和CLT03-2Q3：通過(guò)創(chuàng)新來(lái)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(dá)60V的輸入電壓，同時(shí)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(lái)越多的安全應(yīng)用將60 V作為目標(biāo)，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(jìng)爭(zhēng)性數(shù)字輸入限流器不支持反向插件。
可編程測(cè)試脈沖發(fā)生器
意法半導(dǎo)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(cè)試脈沖發(fā)生器。測(cè)試脈沖這一理念本身并不新鮮。傳統(tǒng)上，它以標(biāo)志的形式出現(xiàn)。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，它會(huì)向微控制器發(fā)出一個(gè)標(biāo)志。然而，如果傳感器不發(fā)送信息，輸入可能會(huì)卡在高壓位置（即“1”）。MCU無(wú)法知道輸入是否錯(cuò)誤，進(jìn)而可能導(dǎo)致問(wèn)題的發(fā)生。
為解決這一問(wèn)題，CLT03-1SC3和CLT03-2Q3可發(fā)送一個(gè)可編程測(cè)試脈沖，以定期將輸入強(qiáng)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(dǎo)致的錯(cuò)誤。此外，如果輸入電壓超出IEC61131-2規(guī)范（即在DC24V的輸入信號(hào)應(yīng)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(shè)備將恢復(fù)正常運(yùn)行模式。
下一步
試用CLT03系列器件的最佳方式為使用STEVAL-IFP035V1。評(píng)估板使用兩種CLT03-2Q3，以便工程師測(cè)試隔離式和非隔離式輸入。因此，這是減少散熱或提高設(shè)備EMI穩(wěn)健性的最快方式。事實(shí)上，競(jìng)爭(zhēng)性數(shù)字輸入限流器未使用EMI濾波器，因?yàn)檫@會(huì)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(jìn)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(dǎo)體雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化SiC和IGBT開關(guān)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(shí)間：2022-08-09
