芯科科技Si834x隔离式智能开关和Si838x多通道输入隔离器保护工业环境中的24V数字输入和输出

时间： 2021-03-30 来源：世强

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工业环境对控制系统的要求很高。诸如可编程逻辑控制器（PLC）之类的设备必须与各种组件持续运行，同时，还需要尽可能减少维护和停机时间。但是，PLC与连接到工业生态系统的数字通道的输入/输出能力几乎一样。而恶劣，嘈杂的环境和各种未知因素都可能导致影响数字通道可靠性的设计问题，从而可能导致电路损坏，停机和系统故障。本文中，高级产品经理Asa Kirby和应用工程师Travis Lenz和Kevin Huang描述了针对工业数字通道的设计挑战，以及如何使用SILICON LABS的Si834x和Si838x数字隔离器设备来解决这些挑战。

环境挑战

工业环境存在多种因素，它们可能会损坏数字输入和输出通道。最常见的挑战包括：

1、设计空间有限。设备通常位于与其他组件共享的小机柜中。

2、由于系统使用寿命长，因此会与多家供应商的组件进行互操作。

3、未知的传感器，驱动器和电缆

4、质量各异的各种电源。例如，尺寸过小的电源或有缺陷或故障的电源可能会导致断电。

5、由于高电压源、共用电缆槽以及屏蔽和接地不良的长电缆线路而产生的多种噪声类型。

6、由于设备在户外极端温度下工作，因此温度和湿度条件范围很广。

7、24/7/365（全天候）持续运行。控制器需要在很少交互的情况下自动执行任务。

8、寿命以数十年为单位。随着时间的流逝，技术人员会添加并维护多代组件。

特定于输入/输出的挑战包括管理过载情况、驱动输出电感负载、设备兼容性和输入的组装/安装保护。工业系统必须能够在恶劣环境下运行时应对所有这些不同的设计挑战。

图1 恶劣的工业环境

Silicon Labs的数字隔离器解决方案

Silicon Labs的数字隔离器为工业环境的独特挑战提供了最佳解决方案。Si834x隔离式智能开关非常适合驱动电阻性和电感性负载，例如工业控制系统中常见的螺线管，继电器和灯。它们完全符合IEC61131-2，因此可以与其他通道很好地互操作。每个开关都可以检测开路情况，并提供过电流，退磁引起的过电压（感应反冲或反激电压）和过热条件的保护。创新的多电压智能钳位器可以管理无限量的退磁能量（EAS）。Si834x开关提供并行或SPI输入类型，以及Sourcing或Sinking输出类型。这些开关具有显着的省电功能和紧凑的9x9 DFN封装，可减少电路板空间并简化设计过程！

图2. Si834x智钳位器

Si838x隔离式多通道输入隔离器是高密度，高度灵活的器件，是传统光耦合器的理想替代品。它们在一个集成了安全额定隔离的紧凑型QSOP封装中提供了8个24 V数字现场接口。该结构具有少量外部组件，符合IEC 61131-2开关类型1、2或3的要求。输入接口依据突破性的基于CMOS的LED仿真器技术构建，这意味着该设备无需现场侧电源即可处理Sourcing或Sinking配置。通过利用Silicon Labs专有的硅隔离技术，这些器件支持高达2.5 kV RMS的耐压，从而实现了高速能力，25 kV/µs的高抗噪性，减少了性能受温度和寿命的影响，并实现更好的零件间匹配度。一个Si838x隔离器可以替代八个传统的光耦合器，使其成为空间受限的工业设施的理想解决方案。

图3：更换Si838x传统光电耦合器

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