Desainer biasanya secara default menggunakan regulator tegangan putus rendah (LDO) untuk memberi daya pada sensor industri dan sistem IoT yang dirancang dengan loop arus 4-20 mA.untuk aplikasi yang berfokus pada konsumsi daya dan ruang terbatas, LDO menjadi semakin tidak praktis. Pada titik ini desainer harus mempertimbangkan beralih ke regulator tegangan (juga dikenal sebagai penukar buck),terutama untuk aplikasi yang membutuhkan efisiensi energi yang tinggi, kinerja disipasi panas, dan umur baterai diperpanjang.
Sling arus 4-20 mA adalah metode yang kuat dan dapat diandalkan untuk mentransmisikan hasil pengukuran dari sensor ke pengontrol logika yang dapat diprogram (PLC),dan mentransmisikan output kontrol PLC ke peralatan modulasi prosesSistem ini memastikan transmisi sinyal jarak jauh yang tepat dan tahan kebisingan menggunakan kabel pasangan yang diputar, menjadikannya pilihan yang ideal untuk berbagai lingkungan industri.Terlepas dari panjang kawat, arus tetap konsisten, menjadikannya konfigurasi standar untuk pabrik, laboratorium, dan aplikasi pemantauan jarak jauh.
Evaluasi trade-off antara LDO dan regulator switching dalam loop saat ini dapat membantu mencapai desain yang lebih cerdas dan lebih berkelanjutan.
LDO masih memiliki tempatnya dalam beberapa situasi khusus, di mana ia dapat memberikan keuntungan seperti kebisingan ultra rendah, daftar bahan yang disederhanakan, atau margin regulasi tegangan minimal.Mereka memiliki efisiensi yang lebih rendah karena mereka menghilangkan perbedaan antara tegangan input dan output sebagai panasEnergi yang terbuang ini dapat menyebabkan peningkatan beban termal dalam aplikasi dan sangat memperpendek umur baterai dalam aplikasi portabel atau jarak jauh.
Ketika efisiensi, kinerja disipasi panas, atau waktu berjalan baterai sangat penting, pengurangan tegangan sinkron mungkin menjadi pilihan yang lebih baik.Teknologi pengurangan tegangan sinkron modern dapat memberikan efisiensi 85% sampai 95%, secara signifikan mengurangi produksi panas, dan sekarang juga menyediakan arus statis rentang microampere rendah.sementara regulator tegangan dapat secara efektif mengubah tegangan ekstra ke dalam arus yang dapat digunakan, sehingga mencapai fungsi yang lebih banyak mengkonsumsi daya tanpa overheating atau buang energi.
Fitur-fitur ini membuat regulator tegangan menjadi solusi yang disukai untuk setiap lingkaran 4-20 mA (seperti sensor bertenaga baterai) dengan margin input melebihi beberapa volt, yang membutuhkan efisiensi termal,atau membutuhkan operasi jangka panjang pada daya terbatas.
Jika tegangan pasokan yang dirancang sekitar 6V lebih tinggi dari tegangan yang dibutuhkan oleh pemancar loop arus,dan ada ruang di papan sirkuit untuk mengakomodasi induktor kecil dan output kapasitor, maka pengatur buck sinkron yang efisien biasanya pilihan terbaik.dan memastikan arus yang cukup untuk memberi daya pada fungsi lain di lingkaran 4-20 mAOleh karena itu, ini adalah pilihan yang ideal untuk pemancar modern yang membutuhkan keandalan dan efisiensi energi di lingkungan industri.
Keuntungan disipasi panas dari regulator tegangan sangat mengurangi persyaratan untuk heat sinks di modul industri arus tinggi dan suhu tinggi.Bahkan sirkuit 5 μ A buck memiliki efisiensi yang lebih tinggi daripada LDO, karena yang terakhir mengubah sebagian besar tegangan baterai menjadi panas.
Drive loop
Sling arus 4-20 mA adalah salah satu cara yang paling umum untuk mengirim informasi antara sensor di tempat dan sistem kontrol yang menggunakan data mereka.dan bahkan instruksi untuk memindahkan katupHal ini sederhana, dapat diandalkan, dan efektif untuk penggunaan jarak jauh.
Lintas arus (Gambar 1) dapat mengirimkan sinyal pengukuran dari instrumen seperti sensor suhu atau tekanan,atau sinyal kontrol ke perangkat yang menggerakkan atau mengatur mekanisme seperti posisi katup.
Diagram skematis dari 4-20 mA arus loop
Gambar 1: Diagram skematik dari loop arus 4-20 mA menggambarkan bagaimana menggunakan arus alih-alih tegangan untuk mengirimkan sinyal analog dalam otomatisasi industri, sistem sensor,dan aplikasi kontrol proses. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Daur arus terdiri dari empat komponen utama:
Sumber daya DC: Tergantung pada pengaturan, dapat 9 V, 12 V, 24 V atau lebih tinggi. Tegangan yang disediakan oleh sumber daya harus lebih tinggi - setidaknya 10% lebih tinggi,yang juga jumlah tegangan yang semua komponen (transmitter, penerima, kabel) dalam loop "menurun" ketika arus mengalir. kemudian, regulator lokal melangkah turun untuk daya sensor dan perangkat elektronik.
Transmitter di satu sisi sensor mengirimkan sinyal listrik yang mewakili dunia fisik: sensor menghasilkan sinyal mentah yang berkaitan dengan suhu, tekanan, jarak,atau pengukuran fisik lainnyaJika ini adalah tegangan analog, konverter tegangan arus pemancar akan mengubahnya menjadi arus proporsional dari 4 mA untuk 20 mA. Jika itu adalah sensor digital,output diubah menjadi arus analog melalui DACTransmitter memiliki sumber daya sendiri, seperti LDO atau regulator tegangan.
Penerima di ujung kontrol: Penerima membaca sinyal 4-20 mA dan mengubahnya menjadi tegangan yang dapat diukur, ditampilkan, atau dijalankan oleh sistem kontrol.
Pengkabelan loop menghubungkan catu daya, pemancar, dan penerima secara berurutan: loop dapat mencapai ribuan kaki panjang.dua kabel yang sama secara bersamaan mengirimkan daya dan arus sinyalSistem 4 kabel menggunakan pasangan kawat yang berbeda untuk mengirimkan daya dan sinyal.
Bahkan di lingkungan industri yang keras dengan suhu mulai dari -40 °C sampai +105 °C, komponen loop arus harus tepat, hemat energi, dan dapat diandalkan.Mereka juga harus mendukung fungsi keamanan dan tingkat sistem yang diperlukan untuk memastikan keamanan dan keandalan loop..