两款用于数字输入的限流器构建工厂自动化解决方案

很多时候，公司忘记了工业应用也变得越来越小和越来越密集。虽然许多人理解为什么消费产品包含更多功能，但工业控制系统也不能免于这种趋势。因此，ST 推出了CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3，这两款用于数字输入的限流器可大大降低散热量。它们还与不需要光耦合器的应用兼容，例如低压输出，无需使用额外的组件。因此，构建更具成本效益的工厂自动化解决方案变得更加容易。同样，工程师可以使楼宇自动化系统小型化或更有效地驱动电机。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 具有相似的规格，但分别支持单通道和双通道。由于安全法规限制了通道的数量，因此仅提供一两个通道可为工程师提供更大的灵活性和更小的封装。

数字输入限流器背后的挑战

微控制器和网络模块备受关注。但是，如果没有安全可靠的数字输入电路，就不可能知道哪条路是向上的，有时甚至是字面意思。这就是 IEC61131-2 对 24 V 工业传感器进行严格监管的原因，这有助于确定信号是 0 还是 1。例如，工业传感器需要向 MCU 发送数据。其信号将通过数字输入接口，这将有助于确定 MCU 是否应将信号解释为“0”或“1”。

IEC61131-2 Type 1 传感器中的“0”在 15 mA 时必须介于 -3 V 和 +15 V 之间。“1”在 15 V 和 30 V 之间，电流在 2 mA 和 15 mA 之间。在 3 类传感器中，“0”在 15 mA 时的电压介于 -3 V 和 +11 V 之间。“1”的电压在 +11 V 和 +30V 之间，电流在 2 mA 和 15 mA 之间。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 支持 1 型（传统）和 3 型（现代）传感器。

数字输入限流器面临许多挑战。例如，它们必须处理恶劣环境中的高电压。工程师们知道，许多 24 V 负载都会受到剧烈尖峰的影响。此外，限幅器本身必须输出非常低的电流并保持与低功耗微控制器的电压兼容。因此，最初的数字输入使用分立系统，许多仍然使用光耦合器。随着电路变得越来越小，工程师们不得不找到一种方法来缩小他们的设计。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 由于能够移除组件和优化系统，因此可以实现小型化。

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3：通过减少实现小型化

散发更少的热量

分立式限流器面临的最常见问题是其固有的高功率和散热。类型 3 数字输入的电流必须低至 2 mA。因此，电流的急剧减少传统上意味着高损耗。事实上，虽然可以使用无源电阻器来降低电流，但它们的性能会线性跟踪电压，这会导致损耗增加，从而导致显着的散热。此外，分立电流限制器本身消耗的电流超过 2 mA。因此，CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 提供了更好的性能，因为它们的机制与电压不是线性的。因此，它们不会遭受相同的功率损失和散热问题。

为自身供电并使用小型封装

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 帮助缩小设计的另一种方式是通过它们的自供电功能。实际上，可以使用输入信号激活两个限流器。此外，它们在关闭状态下根本不消耗电力。工程师不需要使用电源来驱动它们，因此可以提高整体效率。此外，由于可编程逻辑控制器必须具有指示灯，因此该架构无需额外的电路板和连接器即可驱动 LED。CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 是当今市场上为数不多的自供电数字输入电流限制器之一。最后，双通道 CLT03-2Q3 采用微型 QFN 封装这一事实意味着工程师可以将其 PCB 做得更小。

使用隔离和非隔离系统

由于数字输入电流限制器的优化，团队还可以进一步缩小他们的设计，并从更通用的系统中受益。事实上，虽然许多工程师关注基本规范，但研究整体架构同样重要。例如，ST 修改了 CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 的输出级，以确保它们在隔离和非隔离解决方案中的使用。团队使用光耦合器将现场侧与逻辑侧隔离。在恶劣的工业环境中，需要隔离以发送干净的信号并保护可编程逻辑控制器。但是，在某些情况下不需要光耦合器，例如在使用低功耗微控制器时。在这种情况下，ST 限流器无需任何额外的外部元件即可驱动数字输入，从而进一步简化了 PCB。

CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3：通过创新提高生活质量

60 V 和反向插件

为了使 CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 更加稳健，我们确保支持高达 60 V 的输入电压，同时仍支持反向插件。传统上，数字输入支持高达 45 V。然而，越来越多的安全应用以 60 V 为目标。工业设置通常不稳定。因此，允许更大的净空使系统更加健壮。但是，额定电压为 60 V 的竞争数字输入电流限制器不支持反向插件。

可编程测试脉冲发生器

ST 工程师希望帮助客户更好地监控他们的系统。因此，我们包含了一个可配置的测试脉冲发生器。测试脉冲本身的想法并不新鲜。传统上，它采用旗帜的形式。如果设备进入故障区域，它会向微控制器发出一个标志。不幸的是，如果传感器不发送信息，则有可能输入可能会卡在高压位置，或 1. MCU 无法知道输出是否错误，这可能会导致错误。

为了解决这个问题，CLT03-1SC3 和 CLT03-2Q3 可以发送一个可编程的测试脉冲，该脉冲可以定期强制输入为 0。因此它提供了一种方法来检查高电压是传感器信息的结果还是仅仅是由于错误一个错误。此外，如果输入电压攀升至高于 IEC61131-2 规范，即直流 24V 输入信号应用高于 30V，则可以将我们的数字输入电流限制器置于安全模式以降低电流。一旦电压降低，设备就会恢复正常行为。

下一步

试用 CLT03 系列器件的最佳方法是使用STEVAL-IFP035V1。该评估板使用两个 CLT03-2Q3 允许工程师测试隔离和非隔离输入。因此，这是见证较低散热或设备 EMI 稳健性的最快方式。事实上，竞争的数字输入电流限制器不使用 EMI 滤波器，因为它们限制了传感器和微控制器之间的数据速率。然而，由于传感器本身具有低数据速率，我们的工程师决定包括一个高额定 EMI 滤波器。它在 CLT03 设备中的存在有助于进一步减少材料清单，因为它们提高了整体稳健性。

审核编辑：郭婷