在工業 4.0 時代，診斷數據量逐年遞增，使系統變得更智能，能夠保持更長的在線時間，并最終提高生產力。在可編程邏輯控制器 (PLC) 系統、機器人和機床行業，傳統上仍然缺乏診斷數據的一個領域是 24 VDC 電源，它用于為工廠中的不同控制系統配電。

如果 24 VDC 配電出現問題，由于缺乏負載診斷數據，通常需要花費較長時間進行調試，其中包含基本步驟（如“電源正常的 LED 是綠色還是紅色？”）或侵入性調查（如模塊拆卸），這會增加停機時間并降低生產力。

電流檢測是一種負載診斷，當添加到 24 VDC 配電網絡時，可以改進數據收集，從而可以診斷過載電流、斷線和老化的機械系統，或者識別負載是否正確開啟。

通過模數轉換器 (ADC) 和電流檢測放大器或集成電流監測的高側開關來檢測電流的功能隨時可實現。然而，鑒于隔離柵、有限的 ADC 通道數量或 ADC 通道路由等因素，電流檢測難以實現且成本高昂。

在不使系統過于復雜的情況下實現電流檢測的一種方法是使用具有集成式 ADC 的高側開關。TPS274C65 采用 6mm x 6mm 方形扁平無引腳封裝，其中包含四個 65 m? 高側開關，與市場上類似的工業高側開關相比，功率耗散降低了 38%。高側開關通道和 ADC 可通過串行協議接口通信進行控制和配置。TPS274C65 中集成了電流檢測電路和 ADC，使其能夠通過數字輸出模塊中的隔離柵傳輸電流檢測數據，由于所有的路由都發生在芯片內部，因而減少了 ADC 通道的路由。此外，該器件還可以檢測內部金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的溫度，并檢測輸入和輸出電壓。

圖 1 的方框圖說明了數字輸出模塊中的 TPS274C65 如何幫助增加通過隔離柵發送回 PLC 控制器的數據量。

圖 1：數字輸出模塊中 TPS274C65 的應用

現在，我們來看一下 TPS274C65 在工廠應用中的場景，如數字輸出，遠程輸入/輸出 (I/O) 模塊，以及機器人、計算機數控機床和多載波系統等大型系統。

通過電流檢測縮短調試時間

如上所述，在沒有診斷數據的情況下，修復系統可能需要花費較長時間進行調試或侵入性調查（如模塊拆卸）。這對于機器人和機床等復雜系統來說較為棘手。TPS274C65 中的集成式 ADC 能夠進行現場和遠程檢查，以此來確定不同傳感器、繼電器和子系統的正確配電，這有助于消除潛在的根本原因，并使用戶能夠更快地發現問題。通過此類監測，還可以讓用戶知曉子系統是否出現故障，例如，如果需要現場調試，他們可以帶上備件。

圖 2 展示了數字輸出、遠程 I/O、機器或機器人應用中的配電網絡命令中心。這種細節水平有助于提供更多信息，幫助找到系統離線的根本原因。

圖 2：TPS274C65USB 評估模塊 GUI

通過電流檢測實現預測性維護和預測性解決方案，防患于未然

更進一步說，擁有顯示系統在故障前如何運行的診斷數據，可以建立一個預測性解決程序，防止未來的機器出現同樣的故障。例如，通過電流檢測來確定小型電機或執行器是否消耗更大的電流來執行相同的功能，這可能意味著它出現老化跡象、接近故障或某些機制可能需要維修。

TPS274C65 的集成式 ADC 可以收集此類數據來執行預測性維護和預測性解決方案，從而確保停機時間在計劃范圍內。例如，捕獲電磁閥的負載電流曲線可以檢測其性能是否隨時間變化。電磁閥是否還可繼續使用，或是否需要更換？

圖 3 展示了集成式 ADC 如何檢測電磁閥的負載電流曲線。

(a)

(b)

圖 3：TPS274C65 電流檢測功能示例：顯示電磁閥負載電流曲線的示波器屏幕截圖 (a)；從 TPS274C65 ADC 讀出的電磁閥負載電流曲線 (b)