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- ELETTRONICA OGGI 466 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2017
Soluzioni per sistemi a cablaggio fisso
Nella tecnica dei processi e di regolazione il loop di corrente
4-20 mA si è imposto come standard. Sebbene da già oltre 70
anni sul mercato, questa tecnologia continuerà a svolgere un
ruolo importante. Il sistema è ideale per l’impiego in ambien-
ti industriali difficili, poiché il segnale elettrico è insensibile
rispetto alle fonti di disturbo tipiche del mondo industriale.
Il sistema si basa su una semplice tecnica a 2 fili tramite i
quali i segnali vengono trasmessi sotto forma di correnti pro-
porzionali, con il valore 4 mA sempre pari allo 0% e 20 mA
al 100%. In tal modo il sistema è a sicurezza intrinseca, poi-
ché per costruzione devono scorrere sempre 4 mA. In caso
di rottura di cavo o di un sensore difettoso ciò viene rico-
nosciuto immediatamente, poiché non scorre più corrente.
Anche linee lunghe non sono un problema e il segnale si
può leggere in un numero qualsiasi di punti del loop. Gra-
zie alla moderna tecnica digitale il principio è anche adatto
per utilizzi futuri. Nelle versioni moderne del loop di corrente
4-20 mA i dati di diversi sensori vengono elaborati per mez-
zo di DSP e trasmessi su una singola linea analogica come
fasci di impulsi a modulazione di frequenza.
A tal scopo sono necessari due modem
HART (Highway Addressable Remote
Transducer) che dal lato trasmetti-
tore sovrappongano al segnale
analogico i pacchetti di dati
digitali e dal lato ricevitore
lo disaccoppino di nuovo in
maniera “pulita” (Fig. 3). In tal
modo è possibile integrare
altri sensori senza la necessi-
tà di impiegare nuovi cavi del
loop. Questo è uno dei motivi
per cui la tecnologia HART è
oggi il protocollo di dati di gran lunga più usato nell’industria
di processo e ha contribuito in modo decisivo a rendere il
loop 4-20 mA una tecnologia adatta per usi futuri.
Interfaccia per alimentare i sensori
La corrente di valore inferiore rispetto a quello dell’interval-
lo di misura (<4 mA) può essere utilizzata per esempio per
ricavare energia per l’alimentazione di sensori. Se ciò è suf-
ficiente per un sensore analogico, non lo è per alimentarne
più di uno oppure un sensore “intelligente” (con DSP e/o di-
splay). Se sul posto è disponibile un’alimentazione elettrica
questo non è un problema. Se le componenti da alimenta-
re si trovano a grande distanza dalla centrale operativa la
spesa è in genere eccessiva. Per espletare tale compito non
è possibile utilizzare i comuni circuiti integrati dei regolato-
ri a commutazione, anche in considerazione del fatto che,
mentre risultano particolarmente efficienti a pieno carico, in
presenza di carichi ridotti superano già il limite di 4 mA. La
ridotta corrente di riposo in standby non rappresenta un va-
lido ausilio, poiché in tal caso la tensione d’uscita è comple-
tamente disattivata. Anche l’impiego di regolatori lineari non
rappresenta una valida alternativa. Anche se il ridotto valore
della corrente di riposo, di soli 0,5 mA, non rappresenta un
problema, la scarsa efficienza fa in modo che la potenza di-
sponibile sia inferiore di circa un fattore 3 rispetto a quella
dei regolatori a commutazione. In questo caso il regolatore
a commutazione R420-1.8/PL (Fig. 5) di recente sviluppato
da Recom si propone come una soluzione particolarmente
“intelligente”. Grazie alla sua topologia innovativa è stato pos-
sibile ridurre la corrente in assenza di carico a valori intorno
a 0,5 mA, pur in presenza dell’intero valore di tensione no-
minale in uscita. Un esempio: a 24 VDC e con una corrente
di ingresso <3,5 mA, sono disponibili in uscita 3,3V/10 mA:
in questo modo, oltre a microcontrollore e modem HART è
anche possibile alimentare l’elettronica dei sensori senza
influenzare la funzionalità del loop, né la precisione della
misura. Un ulteriore vantaggio del nuovo regolatore a com-
mutazione consiste nel fatto che è programmabile per tutte
le tensioni di uscita comprese tra 1,8V e 5V tramite
un semplice circuito dotato di resistenza. In de-
finitiva, per i numerosi sensori tipici delle
applicazioni IoT è necessario adotta-
re nuovi principi di alimentazio-
ne elettrica. A tal proposito,
Recom offre soluzioni “intelli-
genti” come per esempio il re-
golatore a commutazione boost R-
78S, che, oltre a garantire un sensibile
risparmio in termini di carica delle pile,
la sfrutta completamente in modo da poter
alimentare le applicazioni per un decennio in
modo affidabile e senza manutenzione. Ma grazie
alla digitalizzazione sono “a prova di futuro” anche tec-
nologie molto datate, come il loop di corrente 4–20 mA. Re-
golatori a commutazione di nuova concezione, come il mod.
R420 di Recom, che può rendere disponibile in uscita una
potenza 3 volte superiore, aiutano sistemi ben collaudati a
supportare evoluzioni future.
Fig. 4 – La corrente al di sotto dell’intervallo di misura può essere
utilizzata per recuperare energia
Fig. 5
Il regolatore a commutazione
compatto R420-1.8/PL sfrutta i 3,6A
a disposizione nel loop per alimentare
sensori e microprocessori fino a 10 mA