ST意法半導體CLT03-1SC3與CLT03-2Q3打造更小的數字輸入模塊
公司經常會忽視工業(yè)應用小型化、密集化的趨勢。隨著消費者產品的功能日益豐富，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)；蛱嵘姍C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)限制了通道數量，因此僅提供一個或兩個通道可使工程師實現更高的靈活性和更小的封裝。數字輸入限流器背后的挑戰(zhàn)
如今，微控制器和網絡模塊受到了大量的關注。然而，沒有安全可靠的數字輸入電路，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)傳感器需要將數據發(fā)送至MCU。其信號將經過數字輸入接口，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（現代）傳感器。
用于數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是目前市場上為數不多的自供電數字輸入限流器。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。如果設備出現故障，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據速率。但是，由于傳感器本身具有低數據速率，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
