ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক LDO এর শক্তি এবং তাপ অপচয়ের ত্রুটিগুলিকে অতিক্রম করে

ডিজাইনাররা সাধারণত 4-20 mA কারেন্ট লুপ দিয়ে ডিজাইন করা ইন্ডাস্ট্রিয়াল সেন্সিং এবং IoT সিস্টেমগুলিকে পাওয়ার জন্য লো ড্রপআউট ভোল্টেজ রেগুলেটর (LDOs) ব্যবহার করে। যাইহোক, বিদ্যুত খরচ এবং সীমিত স্থানের উপর ফোকাস করে এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য, LDO ক্রমবর্ধমান অব্যবহারিক হয়ে উঠছে। এই মুহুর্তে, ডিজাইনারদের ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রকগুলিতে স্যুইচ করার কথা বিবেচনা করা উচিত (এটি বক কনভার্টার হিসাবেও পরিচিত), বিশেষত এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য যেগুলির জন্য উচ্চ শক্তি দক্ষতা, তাপ অপচয় কার্যকারিতা এবং বর্ধিত ব্যাটারি জীবন প্রয়োজন।

4-20 mA বর্তমান লুপ একটি শক্তিশালী এবং নির্ভরযোগ্য পদ্ধতি যা সেন্সর থেকে একটি প্রোগ্রামেবল লজিক কন্ট্রোলারে (PLC) পরিমাপের ফলাফল প্রেরণ করে এবং PLC-এর নিয়ন্ত্রণ আউটপুটকে মডুলেশন সরঞ্জাম প্রক্রিয়া করার জন্য প্রেরণ করে। এই সিস্টেমটি সুনির্দিষ্ট এবং শব্দ প্রতিরোধী দীর্ঘ-দূরত্বের সংকেত ট্রান্সমিশন নিশ্চিত করে পেঁচানো জোড়া তারগুলি ব্যবহার করে, এটি বিভিন্ন শিল্প পরিবেশের জন্য একটি আদর্শ পছন্দ করে তোলে। তারের দৈর্ঘ্য নির্বিশেষে, বর্তমানটি সামঞ্জস্যপূর্ণ থাকে, এটি কারখানা, পরীক্ষাগার এবং দূরবর্তী পর্যবেক্ষণ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি আদর্শ কনফিগারেশন করে তোলে।

LDO এর মধ্যে ট্রেড-অফ মূল্যায়ন করা এবং বর্তমান লুপগুলিতে নিয়ন্ত্রক স্যুইচ করা আরও স্মার্ট এবং আরও টেকসই ডিজাইন অর্জনে সহায়তা করতে পারে।

LDO-এর এখনও কিছু বিশেষ পরিস্থিতিতে এর স্থান রয়েছে, যেখানে এটি অতি-নিম্ন শব্দ, সরলীকৃত উপাদান তালিকা, বা ন্যূনতম ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রণ মার্জিনের মতো সুবিধা প্রদান করতে পারে। যাইহোক, তাদের কম অন্তর্নিহিত দক্ষতা রয়েছে কারণ তারা তাপ হিসাবে ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজের মধ্যে পার্থক্য নষ্ট করে দেয়। এই নষ্ট শক্তিগুলি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাপীয় লোড বৃদ্ধির দিকে নিয়ে যেতে পারে এবং বহনযোগ্য বা দূরবর্তী অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যাটারির জীবনকে ব্যাপকভাবে সংক্ষিপ্ত করতে পারে।

যখন দক্ষতা, তাপ অপচয় কর্মক্ষমতা, বা ব্যাটারি চলমান সময় অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, সিঙ্ক্রোনাস ভোল্টেজ হ্রাস একটি ভাল পছন্দ হতে পারে। এমনকি মিলিঅ্যাম্পিয়ার লোড অবস্থার মধ্যেও, আধুনিক সিঙ্ক্রোনাস ভোল্টেজ হ্রাস প্রযুক্তি 85% থেকে 95% এর দক্ষতা প্রদান করতে পারে, উল্লেখযোগ্যভাবে তাপ উত্পাদন হ্রাস করে এবং এখন কম মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ার রেঞ্জের স্ট্যাটিক কারেন্টও প্রদান করে। এলডিও অতিরিক্ত ভোল্টেজকে তাপ হিসাবে নষ্ট করে দেবে, যখন ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রকগুলি কার্যকরভাবে অতিরিক্ত ভোল্টেজকে ব্যবহারযোগ্য কারেন্টে রূপান্তর করতে পারে, যার ফলে অতিরিক্ত উত্তাপ বা শক্তি অপচয় না করে আরও বেশি শক্তি গ্রহণকারী ফাংশন অর্জন করতে পারে।

এই বৈশিষ্ট্যগুলি ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রককে যেকোন 4-20 mA লুপের জন্য পছন্দের সমাধান করে তোলে (যেমন ব্যাটারি চালিত সেন্সর) ইনপুট মার্জিন কয়েক ভোল্টের বেশি, তাপীয় দক্ষতার প্রয়োজন, বা সীমিত শক্তিতে দীর্ঘমেয়াদী অপারেশন প্রয়োজন।

যদি ডিজাইন করা সাপ্লাই ভোল্টেজ বর্তমান লুপ ট্রান্সমিটারের প্রয়োজনীয় ভোল্টেজের চেয়ে প্রায় 6V বেশি হয় এবং সার্কিট বোর্ডে ছোট ইনডাক্টর এবং আউটপুট ক্যাপাসিটারগুলিকে মিটমাট করার জন্য জায়গা থাকে, তাহলে একটি দক্ষ সিঙ্ক্রোনাস বক রেগুলেটর সাধারণত সেরা পছন্দ। এটি কার্যকরভাবে ভোল্টেজ কমাতে পারে, তাপের অপচয় কমাতে পারে এবং 4-20 mA লুপে অন্যান্য ফাংশন পাওয়ার জন্য পর্যাপ্ত কারেন্ট নিশ্চিত করতে পারে। অতএব, এটি আধুনিক ট্রান্সমিটারগুলির জন্য একটি আদর্শ পছন্দ যার জন্য শিল্প পরিবেশে নির্ভরযোগ্যতা এবং শক্তি দক্ষতা উভয়ই প্রয়োজন।

ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রকদের তাপ অপচয়ের সুবিধা উচ্চ কারেন্ট এবং উচ্চ-তাপমাত্রা শিল্প মডিউলগুলিতে তাপ সিঙ্কের প্রয়োজনীয়তাকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। এমনকি একটি 5 µ A বক সার্কিটের LDO এর চেয়ে বেশি দক্ষতা রয়েছে, কারণ পরবর্তীটি ব্যাটারি ভোল্টেজের একটি উল্লেখযোগ্য অংশকে তাপে রূপান্তর করে।

ড্রাইভ লুপ
4-20 mA বর্তমান লুপ হল অন-সাইট সেন্সর এবং তাদের ডেটা ব্যবহার করে এমন কন্ট্রোল সিস্টেমের মধ্যে তথ্য পাঠানোর অন্যতম সাধারণ উপায়। সিগন্যালগুলি তাপমাত্রা, চাপ, প্রবাহের হার এবং এমনকি ভালভ সরানোর নির্দেশাবলী উপস্থাপন করতে পারে। এটি সহজ, নির্ভরযোগ্য এবং দূর-দূরত্ব ব্যবহারের জন্য কার্যকর।

বর্তমান লুপ (চিত্র 1) তাপমাত্রা বা চাপ সেন্সরগুলির মতো যন্ত্রগুলি থেকে পরিমাপ সংকেত প্রেরণ করতে পারে বা এমন ডিভাইসগুলিতে নিয়ন্ত্রণ সংকেত পাঠাতে পারে যা ভালভ পজিশনারের মতো প্রক্রিয়াগুলিকে সরানো বা নিয়ন্ত্রণ করে।

4-20 mA বর্তমান লুপের পরিকল্পিত চিত্র
চিত্র 1: একটি 4-20 mA কারেন্ট লুপের একটি পরিকল্পিত ডায়াগ্রাম ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে শিল্প অটোমেশন, সেন্সর সিস্টেম এবং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অ্যানালগ সংকেত প্রেরণ করতে ভোল্টেজের পরিবর্তে কারেন্ট ব্যবহার করতে হয়। (ছবির উৎস: এনালগ ডিভাইস, Inc.)

বর্তমান লুপ চারটি প্রধান উপাদান নিয়ে গঠিত:

DC পাওয়ার সাপ্লাই: সেটিংসের উপর নির্ভর করে, এটি 9 V, 12 V, 24 V বা উচ্চতর হতে পারে। পাওয়ার সাপ্লাই দ্বারা প্রদত্ত ভোল্টেজ অবশ্যই বেশি হতে হবে - কমপক্ষে 10% বেশি, যা ভোল্টেজের পরিমাণ যা লুপের সমস্ত উপাদান (ট্রান্সমিটার, রিসিভার, ওয়্যারিং) যখন কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন "হ্রাস" হয়। তারপরে, স্থানীয় নিয়ন্ত্রক সেন্সর এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলিকে পাওয়ার জন্য এটিকে নামিয়ে দেয়।
সেন্সরের একপাশে ট্রান্সমিটারটি ভৌত ​​জগতের প্রতিনিধিত্বকারী বৈদ্যুতিক সংকেত প্রেরণ করে: সেন্সর তাপমাত্রা, চাপ, দূরত্ব বা অন্যান্য শারীরিক পরিমাপের সাথে সম্পর্কিত কাঁচা সংকেত তৈরি করে। যদি এটি একটি এনালগ ভোল্টেজ হয়, তাহলে ট্রান্সমিটারের ভোল্টেজ কারেন্ট কনভার্টার এটিকে 4 mA থেকে 20 mA আনুপাতিক কারেন্টে রূপান্তর করবে। এটি একটি ডিজিটাল সেন্সর হলে, আউটপুটটি DAC এর মাধ্যমে এনালগ কারেন্টে রূপান্তরিত হয়। ট্রান্সমিটারের নিজস্ব পাওয়ার সাপ্লাই আছে, যেমন এলডিও বা ভোল্টেজ রেগুলেটর।
নিয়ন্ত্রণের শেষে রিসিভার: রিসিভার 4-20 mA সংকেত পড়ে এবং এটিকে একটি ভোল্টেজে রূপান্তর করে যা নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা পরিমাপ, প্রদর্শন বা কার্যকর করতে পারে।
লুপ ওয়্যারিং পাওয়ার সাপ্লাই, ট্রান্সমিটার এবং রিসিভারকে সিরিজে সংযুক্ত করে: লুপ হাজার হাজার ফুট পর্যন্ত লম্বা হতে পারে। একটি দ্বৈত তারের সিস্টেমে, একই দুটি তার একই সাথে শক্তি এবং সংকেত প্রবাহ প্রেরণ করে। 4-তারের সিস্টেম শক্তি এবং সংকেত প্রেরণ করতে বিভিন্ন তারের জোড়া ব্যবহার করে।
এমনকি -40 ° C থেকে + 105 ° C পর্যন্ত তাপমাত্রা সহ কঠোর শিল্প পরিবেশে, বর্তমান লুপের উপাদানগুলি অবশ্যই সুনির্দিষ্ট, শক্তি-দক্ষ এবং নির্ভরযোগ্য হতে হবে। এছাড়াও, লুপের নিরাপত্তা এবং নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করতে তাদের অবশ্যই প্রয়োজনীয় নিরাপত্তা এবং সিস্টেম স্তরের ফাংশনগুলিকে সমর্থন করতে হবে।