智能工厂的智能电源设计

[导读]为工厂自动化设备设计电源例如可编程逻辑控制器、变送器、自动化机械和人机界面可能会带来很多挑战。即使处理能力不断提高，印刷电路板 (PCB) 面积和整体设备尺寸往往保持不变。为了满足这些严格的空间限制，电源设计既要紧凑，又要高效、安静地运行；热量和噪音是绝对不允许的。此外，还有多种工业电源要求，包括宽输入电压范围、小解决方案尺寸以及在高温范围内工作的能力。电源设计人员必须在提供不需要大量调试的可靠解决方案的同时降低组件数量和成本。因此，从集成且强大的设备开始是重中之重。

为工厂自动化设备设计电源例如可编程逻辑控制器、变送器、自动化机械和人机界面可能会带来很多挑战。即使处理能力不断提高，印刷电路板 (PCB) 面积和整体设备尺寸往往保持不变。为了满足这些严格的空间限制，电源设计既要紧凑，又要高效、安静地运行；热量和噪音是绝对不允许的。此外，还有多种工业电源要求，包括宽输入电压范围、小解决方案尺寸以及在高温范围内工作的能力。电源设计人员必须在提供不需要大量调试的可靠解决方案的同时降低组件数量和成本。因此，从集成且强大的设备开始是重中之重。


60V 2A 分立解决方案	60V 2A 电源模块解决方案

图 1：左图是 60V 2A 分立式解决方案，所有无源器件和电感器均由设计人员选择。右图是使用电源模块的等效设计。大多数无源器件和电感器都包含在模块中。

在最高级别的电源集成中，电源模块至少将在封装中包含无源器件、场效应晶体管和电感器（图 1）。功率模块的好处是它消除了选择和评估电感器的任务；它还简化了 PCB 布局，您无需设计外部补偿网络。SIMPLE SWITCHER® LMZ36002等宽输入电压器件是应对电源设计挑战的理想解决方案。SIMPLE SWITCHER LMZ36002是一个集成电源模块，将一个 60V、2A DC/DC 转换器与一个屏蔽电感器和无源器件组合到一个扁平的扁平无引线封装中。

LMZ36002 电源模块是一款易于使用的集成电源，它将一个 2A DC/DC 转换器与一个屏蔽电感器和无源器件组合到一个扁平的 QFN 封装中。这种整体电源解决方案只允许使用三个外部组件，同时保持调整关键参数以满足特定设计要求的能力。

QFN 封装易于焊接到印刷电路板上，允许高达 245°C 的回流曲线，并具有出色的功耗能力。LMZ36002 具有许多特性，非常灵活，非常适合为各种设备和系统供电。

SIMPLE SWITCHER LMZ36002非常适合寻求更高功率密度的设计人员具有同类产品中最小的解决方案尺寸，只需三个外部组件以及一个 10 毫米 x 10 毫米的小型封装。

设计人员可以使用WEBENCH® Power Designer创建定制的 LMZ36002 设计（请参阅此示例设计，了解V IN = 10V-60V 和 V OUT = 5V at 2A）。要针对其他规范进行设计，请在“更改输入”部分输入输入，然后单击“提交”。这将创建一个定制的设计。您可以通过执行电气和热仿真进一步分析设计，甚至在您准备好对设计进行原型制作后，将原理图和自定义布局导出为流行的 CAD 格式。

对于希望将设计提升到新水平的电源设计人员，TI Designs Space Optimized Wide V IN三输出电源模块参考设计可为 24V 电源轨供电并提供三个负载点输出电压：3.3V、1.8 V 和 1.2V（图 2）。该参考设计采用LMZ36002宽 V IN电源模块和两个LMZ20502电源模块。

LMZ20502 微型模块稳压器是一款易于使用的同步降压直流/直流转换器，能够通过高达 5.5V 的输入电压驱动高达 2A 的负载电流，以极小的解决方案尺寸提供出色的效率和输出精度。这种创新型封装将稳压器和电感器包含在 3.5mm × 3.5mm × 1.75mm 的小体积中，从而节省了布板空间并避免了电感器选择所消耗的时间和成本。LMZ20502 仅需要五个外部组件，其引脚设计可实现简单、最优的 PCB 布局。该器件可使用最少数量的外部组件和 TI WEBENCH®设计工具提供一套易于使用的完整设计。TI 的 WEBENCH 工具包括外部组件计算、电路模拟和 WebTherm™等功能。

该布局针对空间受限的系统进行了优化，而总解决方案尺寸约为 400mm 2。

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