無(wú)錫宏銳電氣有限公司是專(zhuān)業(yè)從事交直流穩壓器(穩壓電源)、變壓器、蓄電池、太陽(yáng)能逆變器等電源領(lǐng)域產(chǎn)品的應用咨詢(xún)、銷(xiāo)售及應用技術(shù)服務(wù)于一體的公司.
工業(yè)傳感器供電采用開(kāi)關(guān)穩壓器方案真的好嗎?
現代化的工廠(chǎng)普遍采用自動(dòng)化系統,依靠整個(gè)工廠(chǎng)范圍內的許多傳感器提供的反饋信息來(lái)保持高生產(chǎn)率。這些公司采用數字現場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)匯總傳感器收集的大量數據。傳感器收集的數據越多,系統的適應性和操作性就越好。
因此,采用現場(chǎng)總線(xiàn)連接的現代工業(yè)傳感器必須以更快和更精確的速率來(lái)檢測信號,并將該信息作為與傳統模擬信號相對的數字信號輸出。這一功能要求傳感器使用功率更大的處理器。此外,由于工廠(chǎng)中此類(lèi)傳感器的數量更多,因此形狀因數變小。功率的增大以及形狀因數的變小迫使工廠(chǎng)擯棄成熟的線(xiàn)性穩壓器方案,轉而采用開(kāi)關(guān)穩壓器方案。
而采用開(kāi)關(guān)穩壓器又產(chǎn)生了新的挑戰。由于電感器要求使用額外的區域,因此開(kāi)關(guān)穩壓器形狀因數較大。必須考慮穩壓器開(kāi)關(guān)頻率與測量信號頻率之間的關(guān)系。因此,轉換器的布局更加關(guān)鍵。設計不良的開(kāi)關(guān)穩壓器會(huì )提高本底噪聲,并產(chǎn)生不必要的電磁兼容性(EMC),將會(huì )干擾小型信號的檢測。
幸運的是,我們目前提供了集成電感器DC/DC開(kāi)關(guān)穩壓器,可以最大限度地減少此類(lèi)挑戰。電感器的集成不僅減小了開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的面積,還可以更輕松地實(shí)現最佳布局。新型DC/DC轉換器的開(kāi)關(guān)頻率顯著(zhù)提高,因此可以使用小型片式電感器和陶瓷電容器,使得DC/DC轉換器成為外形最小的選擇。
新型LMZM23601電源模塊將DC/DC轉換器、電感器、Vcc濾波電容器和升壓電容器集成到一個(gè)3mm*3.8mm*1.6mm的封裝中。這樣可以處理最高36V的輸入電壓,并將電壓從15V降至2.5V(固定5V和3.3V可選),同時(shí)輸出電流高達1A。如圖1所示,占用最小的板內空間實(shí)現完整的1A解決方案。
圖1:LMZM23601解決方案適用于3.3V至5V輸出,電流高達1A
將LMZM23601與傳統的線(xiàn)性穩壓器方案相比較,來(lái)滿(mǎn)足現場(chǎng)變送器應用的以下要求:
輸入電壓:10V至30V,公稱(chēng)24V
輸出電壓:3.3V
輸出電流:35mA
溫度范圍:環(huán)境溫度-40°C至85°C
板面積:4mm*4.5mm
如表1所示,與微型小外形封裝(MSOP)8相比,LMZM23601具有封裝面積和熱能方面的優(yōu)勢。注意:表1中規定的 RJA僅供比較參考,鑒于板空間和銅排有限,在實(shí)際傳感器應用中,該值會(huì )更高。聯(lián)合電子設備工程委員會(huì )(JEDEC)或評估模塊(EVM)計算了數據表中的典型RJA值。例如,LMZM23601 45°C/W的R?JA是基于一塊30mm*30mm的雙層電路板計算出來(lái)的。
表1: LMZM23601與按照封裝類(lèi)型分類(lèi)的線(xiàn)性穩壓器設計選項
如表2所示,線(xiàn)性穩壓器功耗為(24V-3.3V) x 35mA 約等于0.93W功率, 而LMZM23601功耗僅為0.116W。 MSOP-8封裝線(xiàn)性穩壓器的溫度上升使得結溫高于125℃的標準集成電路(IC)結溫,而根據45°C/W RJA,LMZM23601的結溫為90°C。即使將RJA乘以系數5,得到的Tj最大值仍然低于該結溫。
從這個(gè)例子可以看出,很明顯從熱能角度來(lái)看,線(xiàn)性穩壓器并非可行的方案。采用開(kāi)關(guān)方案進(jìn)行權衡(即使是采用LMZM23601等模塊)意味著(zhù)必須要考慮輸出紋波。如圖2所示,標準LMZM23601設計3.3V輸時(shí)的輸出紋波峰峰值約為3mV。表2:35mA下24V至3.3V轉換的熱考量
為了進(jìn)一步降低輸出紋波,可以采用一臺二級濾波器,如圖3所示。圖4顯示輸出紋波的峰峰值已從3mV降至低于1mV。
圖2:3.3V輸出下LMZM23601EVM的輸出紋波
圖3:帶二級濾波器的LMZM23601
圖4:帶二級濾波器的LMZM23601輸出電壓紋波
對于要滿(mǎn)足緊湊板空間要求的工業(yè)傳感器來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)穩壓器是唯一可行的選擇。LMZM23601集成電感器不僅具有高性能,解決方案尺寸小于線(xiàn)性穩壓器,同時(shí)具有開(kāi)關(guān)穩壓器的效率。
原文鏈接:https://sensor.ofweek.com/2018-09/ART-81011-8300-30269688.html
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