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IO-Link和SIO模式收發器推動傳感器領域工業4.0革命

2018-10-19
關鍵詞: IO-Link SIO模式 傳感器

  這種強大的點對點通信基于成熟的傳感器和致動器三線通信技術,對線材沒有任何額外的要求。因此,IO-Link不是Fieldbus現場總線技術,而是現有的成熟的傳感器和致動器通信技術的升級進化。

  意法半導體的L6362A雖然是專為兼容IO-Link通信協議和工業4.0專門設計,但是仍然可用作標準通用收發器。

  這款產品是一個三線數字接口傳感器驅動解決方案,具有高能效、尺寸緊湊、價格親民的特點,可滿足現代傳感器和致動器的全部要求:遠程服務、標準化、功能驗證、診斷和監視。

  本文將主要介紹L6362A產品,重點描述產品特性、優點和工作方式。

  2.L6362A產品特性和優點

  產品特性

  如圖2所示,L6362A單片集成3.3V/5V線性穩壓器;SEL引腳具有輸出電壓選擇功能;最大輸出電流12mA。穩壓器還驅動內部邏輯單元,通過邏輯單元中的透傳接口,驅動導通電阻Rds(on)極低的片上輸出級(典型值1Ω)。通過IN1和IN2兩個引腳的電平可以配置輸出級(高低邊),同時器件外部連接OUTH和OUTL可實現推挽配置。當EN引腳置低邏輯電平時,輸出級關閉。電感在高邊配置下實現快速去磁;在推挽配置中,因為低邊開關導通,所以慢速去磁有效。輸出級高速傳輸性能使通信速度達到COM3(230.4 kbps)水平。

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  圖2:L6362A框圖

  該產品有自我保護功能:截止限流(不耗散短路保護)、過熱關斷、主動電壓鉗位、右側引腳極性接返保護、欠壓鎖保護和EN60947-5-2和IEC61000-4-5標準電涌保護。所謂的不耗散短路保護是一項創新的電路專利技術,當輸出級對地短路時可最大限度降低耗散功率;在多數情況下可避免過熱關斷干預。

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  圖3:芯片截止時的電流特性

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  圖4:在截止周期后過熱關斷干預

  EN(過熱關斷)和OL(限流)兩個引腳可實現診斷功能,主微控制器還可通過OL引腳檢測IO-Link喚醒請求事件。

  產品優點

  L6362A的Rds(on)導通電阻在同級別產品中最低,不足主要競爭產品的十分之一,這有助于降低總功率損耗,取得極低的耗散功率,可插在高度數IP模塊插槽內,沒有任何過熱問題。

  芯片為設計人員提供一個透傳接口,便于開發簡易經濟的通信解決方案,高達COM3的寬傳輸速速率范圍為高頻通信提供保證。

  L6362A適用于開發IO-link應用以及通用收發器或簡單的線路驅動器,其多用途特性是該產品的一個重要優點,例如,“jolly”能夠勝過任何插槽。此外,與輸出級連接非常簡易,靈活性和定制程度俱佳。

  該產品具有出色的全方位保護功能、高可靠性和經久的耐用性。

  3.驅動電容和電感負載

  STEVAL-IFP017V3(圖5) 是意法半導體開發的L6362A專用評估板,為客戶測試該產品的工作性能提供一個簡單的應用工具。下面我們使用該評估板分析L6362A產品對大電容和大電感負載的驅動能力。

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  圖5:STEVAL-IFP017V3演示板,用于測試L6362A的阻容和電感負載驅動能力

  為阻容負載充電

  在環境溫度Ta=25°C時,使用芯片的高邊、低邊、推挽三種配置,給一個并聯100Ω電阻的25?F阻容負載充電,Vcc電壓在18V至30V之間。

  當使用L6362A給一個大電容充電時,主要風險是截止保護功能可能會關閉輸出級。當發生這種現象時,通過并聯電阻給電容充電。為避免這種現象發生,必須使用時長小于截止時間的脈沖串來驅動輸入級(圖6)。

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  圖6:阻容充電波形

  圖6所示是用Vcc=24V電壓和兩個3.5ms時長的脈沖信號給L6362A所連的阻容負載充電(綠線代表Vin,紅線代表Vload,藍線代表Iload)。

  如果Vcc=30V,則需要使用三個脈沖信號才能達到相同的結果。當驅動高于25?F的電容時,必須增加脈沖信號數量。

  大電感去磁

  在一個大電感反復去磁過程中,必須考慮兩個主要風險:1.電感放電產生的巨大電能可能導致器件燒損或燒毀;2.功率級結溫升高過快可能觸發器件本身的過熱關斷功能。

  為測試是芯片在去磁時否正常工作,使用STEVAL-IFP017V3評估板驅動一個1.9H的大電感,芯片外部不連接任何續流二極管。測試條件:Vcc=24V, Tamb=25°C, 輸出電流300mA, 頻率2Hz,占空比50%,推挽配置。測試用的散熱盤為5mm2。

  實驗未發現異常:封裝溫度最高值達到39.6°C。然后在Tamb=105°C下重復測試,驗證是否發生過熱關斷。

  圖7:1.9H電感去磁;Iout=300mA, Tamb=105°C

  圖7所示是充電波形(綠線代表Vin;紅線代表Vload;藍線代表Iload)。

  4.結論

  L6362A是連接數字傳感器和致動器的理想收發器,其智能化程度足以實現兼容IO-Link通信協議的復雜解決方案,同時還是一個簡易的通用I/O系統解決方案。

  該產品具有諸多優點,例如,業內最低的Rds(on)電阻,DFN微型封裝,市場上最高的功率級,超大電容和電感驅動能力,較低的產品價格。

  參考文獻

  (1)L6362A數據手冊


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