今天，工業(yè)革命正在全球逐漸形成，並為製造業(yè)的智慧資訊、通訊技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用重新定義，德國政府稱之為：「工業(yè)4.0」。
「工業(yè)4.0」的基本原則是透過連接機(jī)器、工具和控制系統(tǒng)，在整個(gè)價(jià)值鏈上下游之間構(gòu)建自動(dòng)互控的智慧網(wǎng)路。經(jīng)由整合通訊、感測器和機(jī)器人技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)4.0概念可提升工業(yè)製造的智慧化水平。
IO-Link是全球首個(gè)感測器和致動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)化輸入輸出通訊技術(shù)(IEC 61131-9)，因此，我們認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)可能被選為工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)通訊介面。
這種強(qiáng)大的點(diǎn)對點(diǎn)通訊採用成熟的感測器和致動(dòng)器三線通訊技術(shù)，對線材沒有任何額外的要求。因此，IO-Link不是Fieldbus現(xiàn)場總線技術(shù)，而是現(xiàn)有且成熟的感測器和致動(dòng)器通訊技術(shù)之升級進(jìn)化。
意法半導(dǎo)體的L6362A雖然是專為IO-Link通訊協(xié)議和工業(yè)4.0相容而設(shè)計(jì)，但仍然可用作標(biāo)準(zhǔn)通用收發(fā)器。
| 圖1 : L6362A DFN 3x3 12L微型封裝 |
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這款產(chǎn)品是一個(gè)三線數(shù)位介面感測器驅(qū)動(dòng)解決方案，具有高效能、電路配置密集、價(jià)格親民的特點(diǎn)，可滿足現(xiàn)代感測器和致動(dòng)器的要求，包括遠(yuǎn)端服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化、功能驗(yàn)證、診斷和監(jiān)視。
本文將介紹L6362A，重點(diǎn)描述產(chǎn)品特性、優(yōu)勢和運(yùn)作方式。
產(chǎn)品特色
如圖2所示，L6362A單晶片整合3.3V/5V線性穩(wěn)壓器；SEL腳位具有輸出電壓選擇功能；最大輸出電流12mA。穩(wěn)壓器還驅(qū)動(dòng)內(nèi)部邏輯元件，透過邏輯元件中的透傳介面，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通電阻Rds(on)極低的晶片輸出級(典型值1Ω)。藉由IN1和IN2兩個(gè)腳位的電平可配置輸出級(高低邊)，同時(shí)元件外部連接OUTH和OUTL可實(shí)現(xiàn)推挽配置。當(dāng)EN腳位置低邏輯電平時(shí)，輸出級關(guān)閉。電感在高邊配置下實(shí)現(xiàn)快速去磁；在推挽配置中，因?yàn)榈瓦呴_關(guān)導(dǎo)通，所以慢速去磁有效。輸出級高速傳輸性能使通訊速度達(dá)到COM3(230.4 kbps)水平。
該產(chǎn)品有自我保護(hù)功能：截止限流(不耗散短路保護(hù))、過熱關(guān)斷、主動(dòng)電壓鉗位、右側(cè)腳位極性接返保護(hù)、欠壓鎖保護(hù)和EN60947-5-2和IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)電湧保護(hù)。所謂的不耗散短路保護(hù)是一項(xiàng)創(chuàng)新的電路專利技術(shù)，當(dāng)輸出級對地短路時(shí)可最大限度降低耗散功率；在多數(shù)情況下可避免過熱關(guān)斷干預(yù)。
| 圖4 : 在截止週期後過熱關(guān)斷干預(yù) |
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EN(過熱關(guān)斷)和OL(限流)兩個(gè)腳位可實(shí)現(xiàn)診斷功能，主微控制器還可透過OL腳位檢測IO-Link喚醒請求事件。
L6362A的Rds(on)導(dǎo)通電阻在同級別產(chǎn)品中最低，僅有主要競爭產(chǎn)品的十分之一，這有助於降低總功率損耗，取得極低的耗散功率，可插在高度數(shù)IP模組插槽內(nèi)，沒有任何過熱問題。
晶片為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)透傳介面，便於開發(fā)簡易經(jīng)濟(jì)的通訊解決方案，高達(dá)COM3的寬傳輸速速率範(fàn)圍為高頻通訊提供保證。
L6362A適用於開發(fā)IO-link應(yīng)用以及通用收發(fā)器或簡單的線路驅(qū)動(dòng)器，其多用途特性是該產(chǎn)品的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，就像，「萬用介面」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(chǎn)品具有出色的全方位保護(hù)功能、高可靠性和經(jīng)久的耐用性。
驅(qū)動(dòng)電容和電感負(fù)載
STEVAL-IFP017V3(圖5) 是意法半導(dǎo)體開發(fā)的L6362A專用評估板，為客戶測試產(chǎn)品的工作性能提供一個(gè)簡單的應(yīng)用工具。下文我們使用該評估板分析L6362A產(chǎn)品對大電容和大電感負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。
| 圖5 : STEVAL-IFP017V3展示板，用於測試L6362A的阻容和電感負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。 |
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為阻容負(fù)載充電
在環(huán)境溫度Ta=25度(攝氏)時(shí)，使用晶片的高邊、低邊、推挽三種配置，給一個(gè)並聯(lián)100Ω電阻的25μF阻容負(fù)載充電，Vcc電壓在18V至30V之間。
當(dāng)使用L6362A充電時(shí)，主要風(fēng)險(xiǎn)是截止保護(hù)功能可能會(huì)關(guān)閉輸出級。當(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，透過並聯(lián)電阻給電容充電。為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，必須使用時(shí)長小於截止時(shí)間的脈衝串來驅(qū)動(dòng)輸入級(圖6)。
圖6所示是用Vcc=24V電壓和兩個(gè)3.5ms時(shí)長的脈衝訊號給L6362A所連的阻容負(fù)載充電(綠線代表Vin,紅線代表Vload，藍(lán)線代表Iload)。
如果Vcc=30V，則需要使用三個(gè)脈衝訊號才能達(dá)到相同的結(jié)果。當(dāng)驅(qū)動(dòng)高於25μF的電容時(shí)，必須增加脈衝訊號數(shù)量。
大電感去磁
在一個(gè)大電感反復(fù)去磁過程中，必須考慮兩個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)：1.電感放電產(chǎn)生的巨大電能可能導(dǎo)致元件燒損或燒毀；2.功率級結(jié)溫升高過快可能觸發(fā)器件本身的過熱關(guān)斷功能。
為測試是晶片在去磁時(shí)否正常運(yùn)作，我們使用STEVAL-IFP017V3評估板驅(qū)動(dòng)一個(gè)1.9H的大電感，晶片外部不連接任何續(xù)流二極體。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(shí)驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常：封裝溫度最高值達(dá)到39.6°C。然後在Tamb=105°C下重複測試，驗(yàn)證是否發(fā)生過熱關(guān)斷。
| 圖7 : 1.9H電感去磁；Iout=300mA, Tamb=105°C |
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圖7所示是充電波形(綠線代表Vin；紅線代表Vload；藍(lán)線代表Iload)。
結(jié)論
L6362A是連接數(shù)位感測器和致動(dòng)器的理想收發(fā)器，其智慧化程度足以實(shí)現(xiàn)兼容IO-Link通訊協(xié)議的複雜解決方案，同時(shí)還是一個(gè)簡易的通用I/O系統(tǒng)解決方案。
該產(chǎn)品具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，業(yè)內(nèi)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(qū)動(dòng)能力，較低的產(chǎn)品價(jià)格。
(本文作者Giuseppe Di Stefano, Michelangelo Marchese任職於意法半導(dǎo)體)
參考文獻(xiàn)
[1]L6362A數(shù)據(jù)手冊
[2]AN4828-(STEVAL-FP017V3 IO-Link和SIO模式L6362A收發(fā)器評估板)
