智能工廠的智能電源設(shè)計(jì)

為工廠自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)電源例如可編程邏輯控制器、變送器、自動(dòng)化機(jī)械和人機(jī)界面可能會(huì)帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。即使處理能力不斷提高，印刷電路板 (PCB) 面積和整體設(shè)備尺寸往往保持不變。為了滿(mǎn)足這些嚴(yán)格的空間限制，電源設(shè)計(jì)既要緊湊，又要高效、安靜地運(yùn)行；熱量和噪音是絕對(duì)不允許的。此外，還有多種工業(yè)電源要求，包括寬輸入電壓范圍、小解決方案尺寸以及在高溫范圍內(nèi)工作的能力。電源設(shè)計(jì)人員必須在提供不需要大量調(diào)試的可靠解決方案的同時(shí)降低組件數(shù)量和成本。因此，從集成且強(qiáng)大的設(shè)備開(kāi)始是重中之重。

圖 1：左圖是 60V 2A 分立式解決方案，所有無(wú)源器件和電感器均由設(shè)計(jì)人員選擇。右圖是使用電源模塊的等效設(shè)計(jì)。大多數(shù)無(wú)源器件和電感器都包含在模塊中。

在最高級(jí)別的電源集成中，電源模塊至少將在封裝中包含無(wú)源器件、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電感器（圖 1）。功率模塊的好處是它消除了選擇和評(píng)估電感器的任務(wù)；它還簡(jiǎn)化了 PCB 布局，您無(wú)需設(shè)計(jì)外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。SIMPLE SWITCHER® LMZ36002等寬輸入電壓器件是應(yīng)對(duì)電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的理想解決方案。SIMPLE SWITCHER LMZ36002是一個(gè)集成電源模塊，將一個(gè) 60V、2A DC/DC 轉(zhuǎn)換器與一個(gè)屏蔽電感器和無(wú)源器件組合到一個(gè)扁平的扁平無(wú)引線封裝中。

LMZ36002 電源模塊是一款易于使用的集成電源，它將一個(gè) 2A DC/DC 轉(zhuǎn)換器與一個(gè)屏蔽電感器和無(wú)源器件組合到一個(gè)扁平的 QFN 封裝中。這種整體電源解決方案只允許使用三個(gè)外部組件，同時(shí)保持調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)以滿(mǎn)足特定設(shè)計(jì)要求的能力。

QFN 封裝易于焊接到印刷電路板上，允許高達(dá) 245°C 的回流曲線，并具有出色的功耗能力。LMZ36002 具有許多特性，非常靈活，非常適合為各種設(shè)備和系統(tǒng)供電。

SIMPLE SWITCHER LMZ36002非常適合尋求更高功率密度的設(shè)計(jì)人員具有同類(lèi)產(chǎn)品中最小的解決方案尺寸，只需三個(gè)外部組件以及一個(gè) 10 毫米 x 10 毫米的小型封裝。

設(shè)計(jì)人員可以使用WEBENCH® Power Designer創(chuàng)建定制的 LMZ36002 設(shè)計(jì)（請(qǐng)參閱此示例設(shè)計(jì)，了解V?IN?= 10V-60V 和 V?OUT?= 5V at 2A）。要針對(duì)其他規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，請(qǐng)?jiān)?/span>“更改輸入”部分輸入輸入，然后單擊“提交”。這將創(chuàng)建一個(gè)定制的設(shè)計(jì)。您可以通過(guò)執(zhí)行電氣和熱仿真進(jìn)一步分析設(shè)計(jì)，甚至在您準(zhǔn)備好對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行原型制作后，將原理圖和自定義布局導(dǎo)出為流行的 CAD 格式。

對(duì)于希望將設(shè)計(jì)提升到新水平的電源設(shè)計(jì)人員，TI Designs Space Optimized Wide V?IN三輸出電源模塊參考設(shè)計(jì)可為 24V 電源軌供電并提供三個(gè)負(fù)載點(diǎn)輸出電壓：3.3V、1.8 V 和 1.2V（圖 2）。該參考設(shè)計(jì)采用LMZ36002寬 V IN電源模塊和兩個(gè)LMZ20502電源模塊。

LMZ20502 微型模塊穩(wěn)壓器是一款易于使用的同步降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，能夠通過(guò)高達(dá) 5.5V 的輸入電壓驅(qū)動(dòng)高達(dá) 2A 的負(fù)載電流，以極小的解決方案尺寸提供出色的效率和輸出精度。這種創(chuàng)新型封裝將穩(wěn)壓器和電感器包含在 3.5mm × 3.5mm × 1.75mm 的小體積中，從而節(jié)省了布板空間并避免了電感器選擇所消耗的時(shí)間和成本。LMZ20502 僅需要五個(gè)外部組件，其引腳設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、最優(yōu)的 PCB 布局。該器件可使用最少數(shù)量的外部組件和 TI WEBENCH®設(shè)計(jì)工具提供一套易于使用的完整設(shè)計(jì)。TI 的 WEBENCH 工具包括 外部 組件計(jì)算、電路模擬和 WebTherm?等功能。

該布局針對(duì)空間受限的系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，而總解決方案尺寸約為 400mm 2。

圖 2：左側(cè)是 TIDA-00783 空間優(yōu)化參考設(shè)計(jì)。右側(cè)是高級(jí)框圖，說(shuō)明了如何使用三個(gè)模塊從 24V IN降壓到負(fù)載點(diǎn)電壓。 

總之，有多種方法可以設(shè)計(jì)電源。但是，對(duì)于那些想要?jiǎng)?chuàng)建不需要大量時(shí)間的設(shè)計(jì)、有限的電路板空間，或者只想在不犧牲性能的情況下具有高功率空間比的簡(jiǎn)單解決方案的用戶(hù)，模塊可能是最佳解決方案.