عادة ما يستخدم المصممون بشكل افتراضي منظمات الجهد المنخفض للإنقطاع لتشغيل أجهزة الاستشعار الصناعي وأنظمة إنترنت الأشياء المصممة مع حلقات التيار 4-20 mA.للتطبيقات التي تركز على استهلاك الطاقة ومساحة محدودةفي هذه المرحلة ، يجب على المصممين النظر في التحول إلى منظمات الجهد (المعروفة أيضًا باسم محولات البوك) ،خاصةً للتطبيقات التي تتطلب كفاءة طاقة عالية، أداء تبديد الحرارة، وطول عمر البطارية.
حلقة التيار 4-20 mA هي طريقة قوية وموثوقة لنقل نتائج القياس من أجهزة الاستشعار إلى وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)ونقل مخرجات التحكم من PLC إلى معدات تعديل المعالجةيضمن هذا النظام نقل إشارة دقيقة ومقاومة للضوضاء لمسافات طويلة باستخدام كابلات زوج مشوهة ، مما يجعله خيارا مثاليا لمختلف البيئات الصناعية.بغض النظر عن طول السلك، يبقى التيار ثابتًا ، مما يجعله تكوينًا قياسيًا للمصانع والمختبرات وتطبيقات المراقبة عن بعد.
يمكن أن يساعد تقييم التفاوض بين LDO وتبديل المنظمين في الحلقات الحالية في تحقيق تصاميم أكثر ذكاءً واستدامة.
لا يزال لدى LDO مكان في بعض الحالات الخاصة، حيث يمكن أن توفر مزايا مثل الضوضاء المنخفضة للغاية، أو قائمة المواد المبسطة، أو الحد الأدنى من هامش تنظيم الجهد.لديهم كفاءة طبيعية أقل لأنها تبدد الفرق بين الجهد المدخل والجهد الخارجي كحرارةهذه الطاقة المهدرة يمكن أن تؤدي إلى زيادة في الحرارة في التطبيقات وتقصير عمر البطارية بشكل كبير في التطبيقات المحمولة أو البعيدة.
عندما تكون الكفاءة، أداء تبديد الحرارة، أو وقت تشغيل البطارية حاسمة، قد يكون خفض الجهد المزامنة خيار أفضل.يمكن أن توفر تقنية تخفيض الجهد المتزامن الحديثة كفاءة من 85٪ إلى 95٪، مما يقلل بشكل كبير من توليد الحرارة، والآن أيضا توفير التيار الثابت منخفضة المدى ميكروامبير.في حين أن المنظمات الجهد يمكن أن تحويل بشكل فعال الجهد الإضافي إلى التيار القابل للاستخدام، وبالتالي تحقيق المزيد من وظائف استهلاك الطاقة دون زيادة درجة حرارة أو إهدار الطاقة.
هذه الخصائص تجعل المنظمات الجهد الحل المفضل لأي حلقة 4-20 mA (مثل أجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطاريات) مع هامش المدخلات تتجاوز عدد قليل من الفولت، والتي تتطلب كفاءة حرارية،أو تتطلب تشغيلًا طويلًا في طاقة محدودة.
إذا كان الجهد المصمم لتزويد الكهرباء أعلى بنحو 6 فولت من الجهد المطلوب من جهاز إرسال الحلقة الحالية ،وهناك مساحة على لوحة الدائرة لاستيعاب الحوافز الصغيرة ومكثفات الإخراج، ثم منظم بوك متزامن فعال عادة ما يكون الخيار الأفضل. يمكن أن تقلل بشكل فعال من الجهد، وتقليل هدر الحرارة،وتضمن التيار الكافي لتزويد الوظائف الأخرى بالطاقة في حلقة 4-20 mAولذلك، فإنه الخيار المثالي للمرسلات الحديثة التي تتطلب كل من الموثوقية وكفاءة استخدام الطاقة في البيئات الصناعية.
ميزة تبديد الحرارة لمراقبي الجهد تقلل إلى حد كبير من متطلبات المستنقعات الحرارية في وحدات الصناعة عالية التيار ودرجة الحرارة العالية.حتى دائرة 5 ميكرو باك لديها كفاءة أعلى من LDO، لأن هذا الأخير يحول جزءا كبيرا من فولتاج البطارية إلى حرارة.
حلقة القيادة
حلقة التيار الحالية 4-20 mA هي واحدة من أكثر الطرق شيوعا لإرسال المعلومات بين أجهزة الاستشعار في الموقع وأنظمة التحكم التي تستخدم بياناتها. يمكن أن تمثل الإشارات درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفقوحتى تعليمات لتحريك الصماماتإنها بسيطة وموثوقة وفعالة للاستخدام لمسافات طويلة.
حلقة التيار (الشكل 1) يمكن أن ترسل إشارات القياس من أجهزة مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة أو الضغط،أو إشارات التحكم إلى الأجهزة التي تحرك أو تنظيم الآليات مثل موقف الصمامات.
مخطط مخطط للحلقة الحالية 4-20 mA
الشكل 1: مخطط مخطط لدائرة التيار 4-20 mA يوضح كيفية استخدام التيار بدلاً من الجهد لنقل الإشارات التناظرية في الأتمتة الصناعية، وأنظمة المستشعرات،وتطبيقات التحكم في العمليات. (مصدر الصورة: أجهزة Analog, Inc.)
الحلقة الحالية تتكون من أربعة مكونات رئيسية:
إمدادات الطاقة المشتركة: اعتمادا على الإعدادات ، يمكن أن تكون 9 فولت ، 12 فولت ، 24 فولت أو أعلى. يجب أن يكون الجهد الذي يقدمه مصدر الطاقة أعلى - أعلى بنسبة 10٪ على الأقل ،الذي هو أيضا كمية من الجهد الذي جميع المكونات (مرسل، المستقبل، الأسلاك) في الحلقة "تقل" عندما يتدفق التيار. ثم، يقلل المنظم المحلي من قوة المستشعرات والأجهزة الإلكترونية.
جهاز الإرسال على جانب واحد من جهاز الاستشعار ينقل إشارات كهربائية تمثل العالم المادي: يقوم جهاز الاستشعار بتوليد إشارات خام تتعلق بالحرارة، والضغط، والمسافة،أو غيرها من القياسات الفيزيائيةإذا كان الجهد التناظري، فإن محول التيار الجهد من جهاز الإرسال سوف تحويله إلى تيار متناسب من 4 mA إلى 20 mA. إذا كان جهاز استشعار رقمي،يتم تحويل الناتج إلى تيار تناظري من خلال DACجهاز الإرسال لديه مصدر طاقة خاص به، مثل LDO أو منظم الجهد.
جهاز استقبال في نهاية التحكم: يقرأ جهاز الاستقبال إشارة 4-20 mA ويحولها إلى جهد يمكن لنظام التحكم قياسه أو عرضه أو تنفيذه.
توصيل الحلقة يربط مصدر الطاقة، جهاز الإرسال، والمستقبل في سلسلة: الحلقة يمكن أن تصل إلى آلاف الأقدام من الطول. في نظام الأسلاك المزدوجة،نفس الأسلاك اثنين في وقت واحد نقل الطاقة والإشارة التياراتيستخدم نظام الألياف الأربعة أزواج أسلاك مختلفة لنقل الطاقة والإشارات.
حتى في البيئات الصناعية القاسية مع درجات حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +105 درجة مئوية ، يجب أن تكون مكونات حلقة التيار دقيقة وفعالة في استخدام الطاقة وموثوقة.يجب أن تدعم أيضًا وظائف السلامة والنظام اللازمة لضمان سلامة وموثوقية الحلقة.