今天在全球範圍內以應用智能信息、通信技術和物聯網(IoT)重新定義製造業的工業革命正在逐漸形成，德國政府稱之為:“工業4.0”。
 

 

“工業4.0”的基本原則是通過連接機器
、工件和控製係統
，在整個價值鏈上下遊之間構建自動互控的智能網絡。通過整合信息通信、傳感器和機器人技術構建物聯網，工業4.0概念可提高工業製造的智能化水平。

 

在傳感器技術領域

，IO-Link是全球首個傳感器和致動器標準化輸入輸出通信技術(IEC 61131-9)，因此，我們認為該標準可能被選為工業4.0標準通信接口。

 

這種強大的點對點通信基於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。

 

圖1：L6362A DFN 3x3 12L微型封裝

 

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。

 

 

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。

 

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標準電湧保護。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幹預。

 

圖3：芯片截止時的電流特性

 

圖4：在截止周期後過熱關斷幹預

 

EN(過熱關斷)和OL(限流)兩個引腳可實現診斷功能，主微控製器還可通過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
，這有助於降低總功率損耗
，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，便於開發簡易經濟的通信解決方案，高達COM3的寬傳輸速速率範圍為高頻通信提供保證。

 

L6362A適用於開發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，靈活性和定製程度俱佳。

 

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。

 

 

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。下麵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。

 

圖5：STEVAL-IFP017V3演示板
，用於測試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，給一個並聯100Ω電阻的25µF阻容負載充電，Vcc電壓在18V至30V之間。

 

當使用L6362A給gei一yi個ge大da電dian容rong充chong電dian時shi，主zhu要yao風feng險xian是shi截jie止zhi保bao護hu功gong能neng可ke能neng會hui關guan閉bi輸shu出chu級ji。當dang發fa生sheng這zhe種zhong現xian象xiang時shi，通tong過guo並bing聯lian電dian阻zu給gei電dian容rong充chong電dian。為wei避bi免mian這zhe種zhong現xian象xiang發fa生sheng
，必bi須xu使shi用yong時shi長chang小xiao於yu截jie止zhi時shi間jian的de脈mai衝chong串chuan來lai驅qu動dong輸shu入ru級ji(圖6)。

 

圖6：阻容充電波形

 

圖6所示是用Vcc=24V電壓和兩個3.5ms時長的脈衝信號給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，則需要使用三個脈衝信號才能達到相同的結果。當驅動高於25µF的電容時
，必須增加脈衝信號數量。

 

大電感去磁

 

在一個大電感反複去磁過程中
，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。然後在Tamb=105°C下重複測試，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)。

 

 

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通信協議的複雜解決方案
，同時還是一個簡易的通用I/O係統解決方案。

 

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。

 

 

(1)L6362A數據手冊

(2)AN4828 - (STEVAL-IFP017V3 IO-Link和SIO模式L6362A收發器評估板)

 

作者：Giuseppe Di Stefano, Michelangelo Marchese  意法半導體(ST)