问题　　智能边缘正在扩展到整个行业，并逐渐取代原来的边缘传感器和执行器。常见的传统电源可以用于智能边缘吗？　　答案　　有些情况下可以，但是在大多数情况下不行！我们需要设计适应性强、更先进的电源。　　摘要　　本文介绍了智能边缘传感器的不同实现例，以及如何选择和调整电源管理解决方案，以提供理想的解决方案。本文还讨论了一些可用的传感器解决方案。　　引言　　目前工业传感器电源领域创新迭出，但也充满挑战。智能边缘的实现需要智能数据的准备。这就需要创新电源。在某些情况下，智能边缘传感器需要单对双绞线电缆，单对以太网（SPoE）解决方案可以满足需求。在其他应用中，纳安级功耗解决方案有助于节约能源，从而实现传感器侧电池运行时间更长。此外，一些智能传感器需要超低噪音 电源，使传感器数据不受影响。最后，在边缘添加传感器智能将需要更高功率密度的电源。这是因为新传感器需要适应现有的外观尺寸。　　智能边缘是什么？　　“智能边缘”一词是指能够在工业系统中独立选择和处理数据的传感器。传感器与中央控制单元之间传输的数据量较少，因此数据传输难度较小。当然，需要处理传感器提供的数据 使用微控制器。用于检测特定信息的光学传感器是一个简单的例子。例如，它可以检测那些不小心踏入自动化制造区并将自己置于危险之中的人。在处理图像数据时，必须确保能够 准确识别人员，以便快速响应，关闭机器。这应该有助于预防伤害。其目标是在智能边缘处理图像数据。只有一个信号(即在摄像头视野中检测到的人)被传输到中央计算机。图像数据不再需要传输到中央计算机。因此，所需的传输带宽较低，传输也可以简化。　　如何设计智能边缘？　　智能传感器可以通过在智能边缘添加处理单元(微控制器)来创建。但是，该单元的电流消耗较高。为了提供传感器所需的更高电流，我们需要一个新的电源概念。现有工业厂房和基础 尤其是在基础设施方面。除了实现安全数据传输外，解决方案还应能够轻松、安全地满足更高的电流需求。　　使用现有的2线电缆(例如4) mA至20 ma接口)实现智能边缘　　SPOE可以通过2线电缆作为电源，有助于实现智能边缘。SPOE和以太网供电（PoE）现有的2线电缆(如4)可以使用类似的电缆 mA至20 实现ma接口)。SPOE可以达到52 W的功率传输距离为400米，或高达20米 W的功率传输距离长达1公里。SPoE在IEEE 规定了802.3cg标准。线路的工作电压为24 V或55 V。这种电源的特点是能量传输和数据传输可以在同一根2线电缆上进行。基于10BASE-T1L标准的数据通信。图1显示SPOE通过一个长达1 提供高达52公里的2线电缆 W的功率。　　图1. SPOE通过一个长达1 提供高达52公里的2线电缆 W的功率。　　纳安级功耗传感器在工业环境中　　在智能边缘的应用场景中，工业环境中低功耗传感器的一个例子是振动传感器，它们分布在加工厂监控每台机器。　　记录的振动对应于不同的频率，并提供机械轴承和轴是否仍能可靠运行的指示。老化的早期迹象可以从中识别。这样可以降低计划外资产停机或超过特定操作容差的可能性。振动的精确测量使这种反应成为可能。实时评估大量数据需要复杂的算法来监测振动数据。在部署位置或中央位置可以本地进行数据处理。如果采用集中评估，所有收集到的传感器数据必须通过电缆或无线电波传输。　　在许多应用程序中，直接在传感器上进行本地数据评估是有益的。现有的工业厂房可以简单地配备振动传感器，而无需铺设额外的电缆。若传感器检测到超出容差范围的频率范围，则会发出指定的警告信号。　　这种类型的传感器可以通过磁吸将数据固定在机器或设备上，并且通常形成网格网络，通过无线电波传输数据。在这种网格网络中，各种传感器相互通信，并传输哪个轴承显示明显的老化痕迹 象的信息。因此，工业厂房很容易具备预测性维护能力。ADI 公司的 OtoSense™智能电机传感器（SMS）技术就是其中之一。它是一种基于人工智能技术的完整硬件和软件解决方案，用于状态监控。ADI OtoSense SMS将先进的检测技术与领先的数据分析相结合，对电机状况进行监控。　　系统正常运行的一个重要先决条件是为传感器提供适当的电源。振动传感器不仅要为传感器本身提供适当的电源，还要为本地微处理器和无线通信RF模块的操作提供适当的电源，用于数据评估。传感器系统的设计有助于尽可能减少电流消耗。它可以使用电池作为能源，也可以使用能量收集。这两种技术经常一起使用。增加能量收集功能可以延长电池寿命， 这样就不用频繁更换电池了。多种能源可用于能源收集。太阳能电池和热电发电机可根据传感器的位置使用（TEG）或压电转换器。特别是在工业生产设备中，通常有温度梯度可以通过TEG转换为电能。在压电传感器的帮助下，机械运动也可以转化为电能。　　优化电压转换对于通过电池和能量收集供电的设备非常重要。高效率是关键。纳安级功耗管理集成电路有几种不同的用途。　　图2显示了MAX38650电压转换电路的示例。它是一款100 MA纳安级功耗降压开关稳压器。输入侧可使用高达5.5 V的电源电压，可提供1.2 V至5 V之间的稳压输出电压。在运行过程中，开关稳压器本身只消耗390 na电流(典型值)。静态电流很低。当开关稳压器关闭时，它只消耗5 nA电流。传感器数据不是连续获取的，只有在故障发生时才需要通信。这意味着MAX38650可以经常切换到节能模式，以进一步节约能源。　　图2。用于电池供电传感器的纳安级功耗电压转换。　　每个基本电压转换电路通常都有一个反馈引脚。需要一个简单的电阻分压器来提供稳压输出电压。然而，电阻分压器在节能电路中意义不大。根据具体的电阻值，或流经分压器 电流过高，导致损耗过高，或电阻值过高，导致反馈节点阻抗过高。因此，噪声与反馈节点耦合，直接影响所需电压的调节。干扰是工业厂房中一个特别突出的问题。如 如图2所示，MAX38650有RSEL引脚。它使用单个电阻来设置输出电压。当MAX38650打开时，2000 ?A的电流短时间流过外部电阻。所得电压用于设置电压转换器的整个工作 时间所需的输出电压。这是两全其美的策略:工作时漏电流低，输出电压可调稳定。　　电源适用于超小信号，即使在低频下噪音也很低　　许多传感器可以测量非常小的信号。为了防止这些信号失真，必须使用噪音很低的电源。主要噪声源是传导和辐射干扰源。在开关模式的帮助下，电源开关稳压器的输入侧和输出侧附加过滤器 波器电路可以大大降低传导干扰，但对于辐射信号源来说，情况并没有那么简单。良好的电路板布局可以防止过度干扰辐射。即便如此，系统中还是有残余噪声耦合。只有通过好 屏蔽(即金属外壳)可以减少这种情况。然而，这种屏蔽的制造不仅耗时长，而且成本高。　　使用Silent Switcher® 该技术提供了一种非常巧妙的解决方案，可有效地减少辐射干扰。任何开关模式电源中的脉冲电流路径都是对称设计的，因此产生的磁场在很大程度上相互抵消。该技术与倒装芯片技术的结合可以显著减少辐射 干扰，消除了开关稳压器IC中的键合线。　　辐射干扰可以减少多达40个 dB。这相当于将辐射功率降低到原来的万分之一。　　图3显示了Silent 对称设计Switcher技术，同时产生的局部脉冲电流以绿色显示。脉冲电流产生不同极性的脉冲磁场，其中大部分相互抵消。　　图3.Silent Switcher技术大大降低了辐射干扰。　　Silent Switcher技术已发展到第三代。在这一代产品中，超低噪声线性稳压器还采用了特殊的超低噪声技术，以减少低频干扰，特别是10 Hz至100 kHz之间的干扰。这一代Silent Switcher技术可以节省开关模式电源开关稳压器与敏感负载之间的滤波线性稳压器。　　对于尺寸非常重要的应用，只使用电感开关稳压器　　有些传感器需要放置在非常狭窄的空间中，特别是当现有传感器应该在同一位置替换为现代智能边缘传感器时。由于功能增强，通常需要更多的电气元件。因此，必须找到减少物理的方法 尺寸创新方法。　　电压转换领域的一个有趣例子是单电感多输出（SIMO）该技术支持使用单个电感产生多个不同的输出电压。该技术可以节省电路板空间，原本由多个电感器占用。　　图4显示了一个简单的SIMO稳压器电路示例，提供两个精确调节输出电压。可以轻松产生额外的电源电压。只需要一个电感L。　　图4.SIMO电源适用于超小型传感器。　　SIMO技术可以通过以下方式实现：单个电感连续用于所有单个输出电压。在电感中放置一定量的能量，然后用来产生电压 VOUT1。之后，另一个规定量的能量被放置在电感中并用于产生电压 VOUT2。通过这种方式，每个产生的电压只是获得了保持其稳定所需的能量。　　结论：工业传感器需要适应性强的电源　　本文介绍了电力领域的创新，展示了如何为现代工业传感器提供理想的供电解决方案。传感器变得越来越智能化。它们生成的数据已经在智能边缘进行了本地评估。为了帮助优化流程，尽可能减少停机时间，越来越多的传感器被用于工业厂房。为了跟上这一趋势，有必要采用能源收集等创新的供电理念。欢迎点击更多精彩内容==>>电子技术的应用-AET<<