智能工廠的智能電源設計

為工廠自動化設備設計電源例如可編程邏輯控制器、變送器、自動化機械和人機界面可能會帶來很多挑戰(zhàn)。即使處理能力不斷提高，印刷電路板 (PCB) 面積和整體設備尺寸往往保持不變。為了滿足這些嚴格的空間限制，電源設計既要緊湊，又要高效、安靜地運行；熱量和噪音是絕對不允許的。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工作的能力。電源設計人員必須在提供不需要大量調試的可靠解決方案的同時降低組件數(shù)量和成本。因此，從集成且強大的設備開始是重中之重。

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

在最高級別的電源集成中，電源模塊至少將在封裝中包含無源器件、場效應晶體管和電感器（圖 1）。功率模塊的好處是它消除了選擇和評估電感器的任務；它還簡化了 PCB 布局，您無需設計外部補償網(wǎng)絡。SIMPLE SWITCHER® LMZ36002等寬輸入電壓器件是應對電源設計挑戰(zhàn)的理想解決方案。SIMPLE SWITCHER LMZ36002是一個集成電源模塊，將一個 60V、2A DC/DC 轉換器與一個屏蔽電感器和無源器件組合到一個扁平的扁平無引線封裝中。

LMZ36002 電源模塊是一款易于使用的集成電源，它將一個 2A DC/DC 轉換器與一個屏蔽電感器和無源器件組合到一個扁平的 QFN 封裝中。這種整體電源解決方案只允許使用三個外部組件，同時保持調整關鍵參數(shù)以滿足特定設計要求的能力。

QFN 封裝易于焊接到印刷電路板上，允許高達 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，非常適合為各種設備和系統(tǒng)供電。

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

設計人員可以使用WEBENCH® Power Designer創(chuàng)建定制的 LMZ36002 設計（請參閱此示例設計，了解V?IN?= 10V-60V 和 V?OUT?= 5V at 2A）。要針對其他規(guī)范進行設計，請在“更改輸入”部分輸入輸入，然后單擊“提交”。這將創(chuàng)建一個定制的設計。您可以通過執(zhí)行電氣和熱仿真進一步分析設計，甚至在您準備好對設計進行原型制作后，將原理圖和自定義布局導出為流行的 CAD 格式。

對于希望將設計提升到新水平的電源設計人員，TI Designs Space Optimized Wide V?IN三輸出電源模塊參考設計可為 24V 電源軌供電并提供三個負載點輸出電壓：3.3V、1.8 V 和 1.2V（圖 2）。該參考設計采用LMZ36002寬 V IN電源模塊和兩個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/直流轉換器，能夠通過高達 5.5V 的輸入電壓驅動高達 2A 的負載電流，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間和成本。LMZ20502 僅需要五個外部組件，其引腳設計可實現(xiàn)簡單、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®設計工具提供一套易于使用的完整設計。TI 的 WEBENCH 工具包括 外部 組件計算、電路模擬和 WebTherm?等功能。

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

圖 2：左側是 TIDA-00783 空間優(yōu)化參考設計。右側是高級框圖，說明了如何使用三個模塊從 24V IN降壓到負載點電壓。 

總之，有多種方法可以設計電源。但是，對于那些想要創(chuàng)建不需要大量時間的設計、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單解決方案的用戶，模塊可能是最佳解決方案.