自主控制解决方案
　　4 MA至20 MA电流循环是通过从遥控传感器到PLC进行准确可靠的数据传输的主要行业标准。简单，寿命，鲁棒性，长距离验证的可靠数据传输，良好的噪声免疫力和低实施成本使此接口非常适合长期工业过程控制以及对噪声环境中远程对象的自动监视。传统上，由于许多先前列出的原因，当前循环的功率是通过线性调节器提供的。使用线性调节器（与切换调节器相比，使用线性调节器）的相对效率低下和电流能力有限。效率低下会导致热量耗散问题，而有限的电流通常无法添加所需的控制系统功能。
　　新的高效率，高输入电压调节器非常健壮且足够小，可以在许多当前的环路系统中替代线性调节器。一美元比线性调节器的优点很多 - 包括较高的电流能力，更宽的输入范围和更高的系统效率。可以在降压调节器中找到显着的性能优势，这些调节器的吨位较低，在高开关频率下，可提供紧凑，健壮的解决方案。
　　图1中所示的标准4 MA至20 MA电流环可用于将传感器信息从现场仪器和控制信号携带到过程调节设备，例如阀定位器或其他输出执行器。它由四个组成部分组成：
　　当前的环电源源：电源V DC电压变化（9 V DC，12 V DC，24 V DC等），具体取决于应用，其电势比电路中组合组合的电压下降至少高10％（例如，发射器，接收机和电线）。该V DC由本地降级调节器攻击，以向传感器和其他组件供电。
　　发射器：发射器的主要组件是传感器或传感器。它转换一个物理信号，例如温度，压力，电流，距离或磁场，都可以转换电信号。如果转换后的信号是模拟电压，则需要发射器的一部分的电压到电流转换器将其转换为4 mA到20 mA电流信号。在智能数字输出传感器的情况下，DAC将数字信号转换回模拟信号。发射器中的本地电源（LIDO或BUCK调节器）为所有这些模拟，数字和参考电路都赋予了发电机。
　　接收器或监视器：接收器将4 mA转换为20 mA电流信号转换为电压信号，可以进一步处理和/或显示。当前信号使用电压级别的转换是通过高精度分流电阻分流的，/或类似于数字的转换器或数据采集电路。在仪器码头中，当地的雄鹿调节器为接收器电路供电。　　2或4线环：完整的电流环路可以超过2000英尺，并包括连接的发射器，电源和接收器。在2线4 MA至20 MA电流循环中，电源与当前环相同。

　　图1。2 线电流循环的图。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供例如，要使用远程压力传感器测量0 psi至50 psi的压力，4 mA至20 mA电流接收器电路与压力到电流的传感器串联。在传感器侧，当压力为0 psi时，它读取为4 mA，当压力为50 psi时为20 mA。在接收器侧，基尔乔夫（Kirchhoff）的定律告诉我们，在分流电阻器中出现相同的电流，该电流将转换为电压信号。
　　工业，炼油厂，高速公路监控和消费者应用的自主操作需要高性能传感器技术以及可靠，准确的当前循环，以传达传感器信息。当前循环的组件必须在延长的–40°C至 +105°C工业范围内保持高精度，低功率和可靠的操作，并具有所需的安全性和系统功能。
　　瞬变期间发射器（传感器）侧的源电压可高达65 V，必须将其转换为5 V或3.3V。由于传感器电路通常设计为直接从当前环（无局部电源源）汲取功率，因此通常限制为3.5 mA。随着发射器上添加更多功能和功能，当使用传统的线性调节器时，该限制将成为一个问题，该线性调节器无法提供任何其他电流。此外，必须在调节器本身中燃烧系统中的大多数功率，在封装系统中产生明显的热量。
　　LT8618将输入范围扩展到65 V，并将负载能力扩展到15 mA。它的高效率将热约束从当前的循环系统设计中取出，其中发射器被封装并暴露于严格的环境变化。提出了一个低成本过滤器，以减少电压波纹和电缆侧电流纹波。本文分析了电源调节器的性能，并提供了满足严格工业要求的组件选择指南。提供了效率，启动，波纹等的测试数据。
　　使用带有扩展输入和负载范围的降压转换器关闭当前循环LT8618是一个紧凑的雄鹿转换器，其中许多功能满足工业，汽车和其他不可预测的电源环境的要求。它很容易拟合4 MA到20 MA电流循环应用，具有超静止的电流，高效率，宽输入范围，高达65 V和紧凑型。图2显示了使用LT8618的完整发射器电路解决方案，以为Max6192c高精度参考，电压到电流转换和其他电路供电。
　　分流电路2SC1623处的电流与在误差放大器（EA）的正输入下施加的电压成正比。 2.5 V参考电压由Max6192c产生，一个精度参考IC，低噪声，低掉落和低温漂移为5 ppm/°C（MAX）。对于具有与环境变量成正比的数字输出的智能传感器，DAC可以将数字信号转换为模拟信号并将其馈送到误差放大器。
　　\ [i_ {shunt} = \ frac {（v_ {dc1}+v_ {ref}）r_ {12}}} {r_ {11} r_ {sense}}}}}}}} \，\，\，\，\，\，（1）\，（1）\]
　　因此，使用EA，BJT（2SC1623）和100ω（±0.1％）的感应电阻器（RSENSE），换能器将电流环中的电流调节从4 mA到20 mA，其中4 mA代表活零和20 mA代表信号。 4 MA的实时或高架零允许设备能够供电，即使没有从现场发射器输出过程信号。因此，分流电路中的电流与环境变量成正比，例如压力，温度，水平，流动，谦卑，辐射，pH或其他过程变量。　　这两条长电线是信息携带电流循环的一部分，也用于从接收器侧的电源V DC为发射机提供电源。 V DC的电压应足以覆盖电线，分流器和发射器的工作电压的电压下降。源电压取决于应用程序，通常为12 V或24 V，但可以高达36V。

　　图2。 带有LT8618作为直流电源的当前循环。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供在远程发射器端子上，Schottky二极管（D1）保护发射器免受反向电流流量。在输入上放置的齐纳或电视（d2）二极管提供了进一步的保护，以限制瞬态电压冲浪，这与当前环的电感成正比。 LT8618高效单片降压器调节器将循环电压降低至5.5 V或3.3 V-为参考，DAC和其他功能块供电。
　　在图2中，V DC和发射器之间的电线范围从几英尺到2000英尺。当前环的杂散电感与降压器的输入电容器形成了LC谐振箱。电源侧（V DC）上的瞬态也出现在远程发射器的输入侧。对于严重的未阻尼振荡，峰值电压可以使VDC的两倍增加一倍。例如，如果操作输入电压为24 V，典型的规范为36 V，则发射器侧的电压有可能超过65 V的风险。可以使用TVS二极管D2在发射器前面的TVS二极管D2实现易于保护，以限制瞬态期间的任何电涌，如图2所示。
　　另外，可以通过保护LT8618免受使用LDO调节器的高压偏移来构建有效的系统。在这样的拓扑结构中，LDO调节器将通过LT8618以高效率将其转换为24 V或3.3 V的LT8618减去其辍学电压。 LDO调节器的当前限制应设置在典型的3.8 MA以下，同时还要保持高效率，LT8618的输入电容器基本上也用作解耦和储层电容器。这将使在当前循环中的程度至没有电流绘制时，可以使短爆发的高载荷爆发。由于高压偏移很短，通常含有几乎没有整体能量，因此在这些瞬态期间，LDO调节器的功率损失不会损害整体效率。也就是说，LDO监管机构几乎所有时间都以较高的速度比例花费。　　典型的电流环限制了为完整的远程发射器供电的电路的输入电流，并且来自LDO调节器的可用负载电流不能超过此输入电流限制。另一方面，降压调节器可以将提供给负载的输入电流乘以。图3显示了输出电流与LT8618调节器的输入电流的24 V输入至5.5 V转换。对于3.8 mA的输入电流极限，输出电流几乎为15 mA。这种额外的功能通过增加操作净空并实现其他功能块来简化系统设计师的工作。

　　图3。 输出电流与输入电流，v in = 24 V，v out = 5.5 V.图像使用的图像由 Bodo的Power Systems  提供。
　　爆发模式操作提高了微小负载的效率
　　LDO调节器的效率与降低比率（V OUT /V in）成正比，并且当输入电压略高于输出时，可以有效。该问题以高升级比率出现，效率非常低，在系统上产生了明显的热应力。例如，在55 V处的输入和3.3 V的输出时，LDO调节器的功率损耗为0.19 W，负载电流为3.8 mA。相比之下，在高降级比率下，设计经过正确设计的降压调节器可能非常有效。此外，同步降压调节器可以通过用MOSFET替换捕获二极管来提高非同步对应物的效率。同步降压转换器的挑战是在整个负载范围内优化效率 - 特别是在3 mA至15 mA的光载荷时，输入高达65V。
　　对于典型的同步降压转换器，三个功率损耗占主导地位：切换损耗，门驱动损耗以及与转换器IC控制器逻辑电路相关的损耗。如果开关频率降低，则可以显着降低开关驱动器损耗，因此，仅在低频下运行转换器就可以减少在光负载下的开关和门损耗。
　　在光载荷下，逻辑电路的偏差损失与相对较低的开关相关损耗相当。偏置电路通常从输出中供电，只有在启动和其他瞬态条件下通过内部LDO调节器从输入中驱动电力。
　　在光负载下，LT8618通过在突发模式下操作来解决逻辑电路的损失，其中电流以短脉冲传递到输出电容器，然后是相对较长的睡眠周期，其中大多数逻辑控制电路都关闭。　　为了进一步提高光负载下的效率，较大的值电感器，因为在短切换脉冲期间可以将更多的能量传递到输出，并且降压调节器可以保持在睡眠模式的时间更长。通过化脉冲之间的时间并地减少每个短脉冲的切换损耗，LT8618静态电流可能小于2.5μa，同时保持从输入高达60 V的调节中的输出。由于许多发射机电路在低电流中大部分时间都绘制了低静脉电流，因此较低的静脉电流是典型的降低量高于典型的雄鹿，绘制了一百次或一百架the the the the典型的水平。

　　图4显示了图2中所示的当前环路解决方案的效率，其中5.5 VOUT输出导轨与LT8618的偏置引脚有关。峰值效率在整个100 mA负载下达到87％，输入28 V和82 H电感器。相同28 V输入的10 MA负载效率在77％处或高于77％，可以说更令人印象深刻。
　　图4。LT8618 在光负载时高效率，V in = 28 V，V out = 5.5 V，L = 82 ?H。图像由Bodo的Power Systems提供输入过滤器，以限制Inrush电流和电流环纹波
　　功率调节器的输入已连接到电流环，因此在启动或负载瞬变过程中，限制连锁电流和冲洗电流也很重要，此外还要限制稳态电流限制。电源转换器启动期间的刷新电流取决于给定的软启动时间的输入和输出电容器的尺寸。这是权衡的：地减少输入电容器以防止大量的冲洗电流，同时使其足够大以保持可接受的低纹波。
　　降压转换器的输入电流脉冲；因此，输入电容器在提供波纹电流的过滤路径中起关键作用。没有该电容器，大量的波纹电流将通过较长的电流环，导致雄鹿的行为不可预测。因此，输入电容符合波纹电流和波纹电压要求。多层陶瓷电容器（MLCC）由于其低ESR和ESL而在波纹电流方面具有性能。
　　当转换器以突发模式运行时，电感器电流遵循三角形波形。当前循环的阻抗比输入过滤器高得多。因此，可以通过以下公式来估计输入电容器上的波纹电压，而忽略了电容器的ESR和ESL，其中IPEAK是降压电感器中的突发电流，而VR是输入电容器上的涟漪电压（显然，更高的电源需要更大的电容，而高电源较高的爆发事故需要更大的电容）：
　　\ [c = \ frac {i^{2} _ {peach} l} {2v_ {r} v_ {in}}} \，\，\，\，（2）\]
　　为了地减少输入电压纹波，同时保持输入电容尽可能小，我们更喜欢降低电感。然而，大型电感器的突发模式效率更好。对于82 ?H电感和1 V纹波，为避免在任何输入实例触发UVLO，使用LT8618的100 NF输入电容器足以适用于本应用。
　　大多数波纹电流都通过局部解耦电容器，剩余部分具有与当前循环相同的路径。重要的是要使电缆侧的当前纹波保持在电缆侧的较小，因为它将以电压波纹作为分流感电阻出现，并且电压纹波的大小必须小于ADC读取跨分流感电阻器的ADC读取电压的分辨率。当前的涟漪可以通过其他过滤器进一步降低。 RC过滤器是一个很好的设计权衡，因为输入电流很小，与LC过滤器相比，成本低。通过两个或三个级联的RC过滤器，可以进一步实现较小的纹波电流。
　　LTSpice模拟使我们能够使用三个不同的输入滤波器结构比较源电缆侧的电流纹波，并且使用V IN = 28 V和V OUT = 5.5 V的LT8618，在输入路径中的总电阻为100Ω，以及82 ?H的电感器。电流脉冲等同于输入过滤器将其视为10 mA输出电流的LT8618调节器的输入电流。　　具有100Ω和100 NF的单级RC滤波器的电流波纹在源电缆侧的峰值峰值超过60 ?A。随着添加更多电容或级联的过滤阶段，源电缆侧的连锁电流变小。鉴于雄鹿调节器在更大的直接输入电容器中的性能效果更好，并且2级RC滤波器的BOM比3阶段的BOM小，同时在源电缆侧传递相似的电流波纹，我们建议使用50Ω和47 NF的2级滤波器每个阶段。源电缆侧纹波电流约为30μa，相应地在250Ω分流电阻上产生约7.5 mV的波纹电压，这几乎足以用于8位分辨率ADC。为了进一步减少电缆侧纹波电流，可以在过滤器中使用更大的电容。例如，如果47 NF盖被100 nf盖取代，则电缆侧纹波电流可将其降低到仅7 ?A，对应于1.75 mV的纹波电压。

　　图5。 当前循环源侧的当前波纹。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供在典型的当前循环应用程序中，客户将在启动期间指定当前限制（例如3.2 ma），但指定的短时间除外，可以超过此限制。在降压转换器中，高弹电电流通常是为输入电容器充电。输入滤波器的功能是两个倍：除了限制电缆源的连锁电流外，它还有助于限制启动式Inrush电流。图6显示了使用2级输入过滤器的启动行为期间的输入电流，对于24 V为24 V的输入V ，输出侧的4 mA负载电流在输出侧。
　　图6。 带有输入过滤器的启动电流以限制刷新电流（从顶部：输入电压20 V/div，输出电压5 V/div，启用，电缆侧的输入电流，10 mA/div）。图像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供