Anbieter zum Thema

RECOM Power GmbH

RECOM Electronic GmbH & Co. KG

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

TRACO ELECTRONIC GMBH

Smarte Versorgung für smarte Transmitter

Während die Versorgung einer 4-20-mA-Schleife auf der Empfängerseite erfolgt und unproblematisch ist – es genügen Spannungen zwischen 12 und 36 V aus einem Netzteil von der Stange – sind die Strom-Ressourcen auf Transmitter-Seite begrenzt. Dies war in „analogen Zeiten“ kein Problem, da die Sensorik praktisch keinen Strombedarf hatte. Doch die Zeiten haben sich geändert. Zwar reichen die verfügbaren <4 mA aus der Schleife in der Regel aus, um Brücken zu kompensieren oder Operationsverstärker zu versorgen.

Kommen aber digitale Komponenten wie DSPs, Modems und Displays ins Spiel, ist die zulässige Grenze von 4 mA schnell überschritten (Bild 3). Wenn eine passende Stromversorgung in der Nähe ist, stellt das kein Problem dar. Ist der Transmitter aber „remote“ irgendwo an einem Kessel, ist der Aufwand entsprechend groß. Eleganter ist es da, wenn man die Elektronik mit Energie aus der Schleife versorgen kann.

Bildergalerie

Als Lösung bietet sich der Einsatz von Schaltreglern an, die für ihren hohen Wirkungsgrad bekannt sind. Denn als echte „Leistungskonverter“ sind sie in der Lage, eine höhere Spannung am Eingang in einen höheren Strom am Ausgang zu konvertieren. Und genau das ist erforderlich, wenn man aus der 4-20-mA-Schleife mehr Strom „ernten“ möchte, als das systembedingte Limit von <4 mA hergibt.

Allerdings wurden Schaltregler bislang ausnahmslos für deutlich höhere Ströme konzipiert. Bei den bekannten Toppologien liegt der Eigenverbrauch im Leerlauf bereits deutlich über dem erlaubten <4-mA-Limit. Aber selbst wenn er noch darunter läge, wäre eine weitere technische Hürde zu nehmen. Denn Schaltregler transportieren Energie in gepulster Form vom Eingang zum Ausgang. Da auch die Spitzenwerte unterhalb des 4mA-Limits bleiben müssen, lässt sich nur ein Teil der potenziell verfügbaren Energie nutzen. Um Schaltregler-Technologie trotz hoher Hürden sinnvoll in „low power“-Applikationen einsetzen zu können, müssen komplett neu Wege beschritten werden.

Neue Topologie reduziert Leerlaufstrom auf 100 µA

Im Grundlagen-Labor von RECOM in Gmunden wurde eine neue Schaltregler-Topologie für „low power“-Applikationen entwickelt. Das neue Produkt kommt unter der Bezeichnung R420-1.8/PL auf den Markt und ist in Kürze als Designmuster lieferbar (Bild 4). Der Ruhestrom konnte auf Werte um 100 µA reduziert werden und fällt praktisch nicht mehr ins Gewicht. Am Ausgang ist ein Strom von 10 mA verfügbar. Dies ist das 3-fache dessen, was mit Linearreglern bislang realisierbar war. Ein weiterer Vorteil: Die neue Technologie erlaubt es, die Ausgangsspannung durch einen externen Widerstand im Bereich zwischen 1,8 und 5 V zu programmieren. Anwender können also mit demselben Bauteil unterschiedliche Aufgaben lösen.

Durch eine auf knapp unter 50 kHz begrenzte Schaltfrequenz und entsprechend sorgfältige Filterung konnten Restwelligkeit und Rauschen auf sehr gute Werte unter 30 mV_pp begrenzt werden. Außerdem ist es den Entwicklern gelungen, den Eingangskreis so zu gestalten, dass die Stromimpulse in hohem Maße kompensiert werden. Dadurch können effektiv 3,6 mA des Schleifenstroms genutzt werden, ohne die <4-mA-Schwelle zu tangieren. Die am Ausgang verfügbaren 10 mA genügen in der Regel, die zusätzlichen Elektronikkomponenten wie DSP, HART-Modem oder Display, ausreichend mit Energie aus der Schleife zu versorgen.

Dreimal mehr Power als mit einem Linearregler

Die Tatsache, dass der R420-1.8/PL bei identischer Stromaufnahme am Ausgang dreimal mehr Power verfügbar macht als bislang verfügbare Linearregler, eröffnet eine Vielzahl zusätzlicher Anwendungsmöglichkeiten bei der „Digitalisierung“ der 4-20-mA-Schleife. Das macht Sensoren noch „smarter“ und sichert den Fortbestand dieser ausgesprochen populären Schnittstelle für weitere Dekaden. Der Einsatz dieses interessanten Moduls ist allerdings nicht allein auf die Prozesstechnik beschränkt. Auch in anderen Bereichen wie dem IoT (Internet of Things) gibt es Applikationen, wo zur Versorgung elektronischer Komponenten nur wenig Leistung benötigt wird. Hier kann RECOMs neuer „low power“-Schaltregler R420-1.8/PL wertvolle Dienste leisten.

Schaltungstipp

Einstellbare Stromquelle für Ströme bis 3 Ampère

Schaltregler

Wie sich Mikroprozessoren aus der Stromschnittstelle 4 ... 20 mA versorgen lassen

Industrieanzeige

Stromschleifen-Anzeige mit ATEX-Zulassung für den Schalttafeleinbau

Universell einsetzbares Wegmesssystem

Induktiver Wegaufnehmer und LC-Display

* Reinhard Zimmermann ist Produkt-Marketing-Manager bei der RECOM GmbH & Co. KG in Neu-Isenburg.

(ID:44453260)