Pengenalan
Sistem automasi industri sedang menjalani revolusi untuk mengurangkan latensi dan downtime. Usaha ini, yang dikenali sebagai Industri 4.0, akan membenamkan kecerdasan yang lebih besar di seluruh kilang - dari panel HMI dan pengawal kepada modul komunikasi, penggerak, dan sensor.
Revolusi ini menyerupai revolusi rangkaian, di mana kecerdasan berkembang dari router teras ke rangkaian metro, kelebihan, dan sepanjang jalan ke batu terakhir. Dengan mengedarkan kecerdasan pemprosesan ke tepi (melalui sensor dan modul komunikasi), keputusan rutin boleh dibuat lebih cepat tanpa melibatkan pemproses utama (terletak di PLC). Kecerdasan tambahan ini mesti beroperasi dalam ruang yang sama atau dikurangkan di lantai kilang, menuntut peningkatan fungsi dalam faktor bentuk yang lebih kecil.
Pengurangan dimensi PCB ini menyoroti cabaran pengurusan terma. Pilihan seperti tenggelam haba dikecualikan kerana kekangan ruang papan premium. Peminat udara terpaksa - tidak boleh digunakan, seperti kandang tertutup menghalang habuk dan bahan cemar daripada masuk. Oleh itu, penyelesaian bekalan kuasa mestilah sangat cekap semasa menyampaikan kuasa yang lebih tinggi dan menduduki jejak yang lebih kecil. Dalam penyelesaian reka bentuk bekalan kuasa ini, kami akan menangani keperluan ini semasa mengkaji pilihan yang tersedia untuk bekalan kuasa 20W-30W, membandingkan prestasi, dan menentukan penyelesaian optimum.
Menangani penggunaan kuasa
Aplikasi perindustrian mempunyai voltan bas DC nominal 24V, berakar pada geganti analog warisan dan baki standard perindustrian de facto. Walau bagaimanapun, untuk peralatan kritikal bukan -, voltan operasi maksimum dalam aplikasi perindustrian dijangka menjadi 36V-40V. Peranti kritikal, seperti pengawal, penggerak, dan modul keselamatan, mesti menyokong 60V (IEC61131-2, 60664-1, dan 61508 SIL standard). Voltan output biasa adalah 3.3V dan 5V, dengan arus dari 10mA dalam sensor kecil hingga puluhan amperes dalam kawalan gerakan, CNC, dan PLC. Oleh itu, pilihan yang jelas adalah jelas.
Aplikasi Kawalan: Buck (Langkah - Down) Pengatur Voltan
Panel HMI: Panel Paparan Antara Muka Mesin Manusia -, biasanya menggabungkan butang kawalan pemacu, pengawal logik yang boleh diprogramkan (PLC), sistem kawalan yang diedarkan (DCS), Kawalan Berangka Komputer (CNC)
Modul Komunikasi: Modul Digital dan Analog I/O menggunakan piawaian seperti garis siri, pengawal, DeviceNet, Profibus, Sercosiii, I/O Link, Ethernet, dll.
Penggerak: motor, pemacu, kawalan gerakan, sensor robotik: tekanan, suhu, jarak, optik, dan pelbagai sensor lain.
Senibina Buck yang paling biasa adalah penukar Buck Asynchronous, sebagai pengeluar semikonduktor mendapati ia mudah untuk merancang pengawal selia asynchronous untuk aplikasi voltan tinggi -. Dalam konfigurasi ini, diod penyearah sisi - rendah adalah luaran ke litar bersepadu.
Untuk input 24V dan output 5V, penukar buck beroperasi pada kitaran tugas kira -kira 20%. Ini bermakna transistor sisi tinggi - (t dalam Rajah 1) hanya menjalankan 20% masa. Diod penerus luar (d) menjalankan baki 80% masa, menyumbang sebahagian besar pelesapan kuasa.
Sebagai contoh, di bawah beban 4A, diod penerus Schottky seperti B560C mempamerkan penurunan voltan kira -kira 0.64V. Oleh itu, pada kitaran tugas 80%, kehilangan pengaliran (kehilangan utama pada beban penuh) menghampiri (0.64V) × (4a) × (0.80)=2 w.
Sebaliknya, jika kita menggunakan seni bina segerak (Rajah 2), diod digantikan oleh bahagian rendah - MOSFET bertindak sebagai penyearah segerak. Kita boleh mengimbangi kejatuhan 0.64V merentasi diod terhadap kejatuhan merentasi rintangan sumber transistor MOSFET -, r_ (ds) (on).
Rajah 1. Penukar Buck Asynchronous
Dalam contoh kami, MOSFET RJK0651DPB mempunyai RDS (ON) hanya 11 MΩ, dengan saiz pakej yang serupa dengan penerus Schottky. Ini mengakibatkan penurunan voltan yang sama hanya (11 MΩ) × (4 a)=44 mV, dan kehilangan kuasa hanya (0.044 v) × (4 a) × (0.80)=141 mW.
Kerugian kuasa MOSFET adalah kira -kira 14 kali lebih rendah daripada kehilangan kuasa Schottky pada beban penuh! Jelas sekali, pendekatan logik untuk meminimumkan penggunaan kuasa adalah menggunakan pembetulan segerak.
Rajah 2. Penukar Buck Segerak
Untuk meminimumkan saiz keseluruhan litar bekalan kuasa, pembetulan segerak yang lebih baru litar bersepadu harus menggabungkan pampasan dalaman untuk sebarang voltan kekerapan dan output tanpa memerlukan kapasitor output yang besar. Mereka juga harus beroperasi pada frekuensi tinggi untuk membenarkan penggunaan induktor dan kapasitor yang lebih kecil.
Rajah 3. Litar Aplikasi Tipikal untuk Max 17536 24 Vin/5Vout, 4A Penyelaras Buck Converter
MAX17536 dan penyelesaian asynchronous berdasarkan spesifikasi yang diterbitkan ditunjukkan dalam Rajah 4. Bagi kedua -dua peranti, keadaan ujian adalah input 24V dan 5V, output 4A. Seperti yang dijangkakan, penyelesaian segerak Maxim menunjukkan kecekapan yang lebih tinggi di seluruh julat semasa beban. Pada beban penuh (4a), penyelesaian segerak Maxim mencapai lebih daripada 92%kecekapan, manakala peranti tak segerak hanya mencapai kira -kira 86%, mewakili perbezaan kecekapan melebihi 6%.
Rajah 4. Kecekapan penukar Buck Segerak dan Asynchronous
Kesimpulan
Apabila menangani cabaran penggunaan kuasa dalam aplikasi perindustrian, MAX17536 membentangkan penyelesaian pembetulan segerak untuk voltan input yang tinggi. Pendekatan segerak ini menunjukkan kelebihan kecekapan yang signifikan, mengurangkan kebimbangan pelesapan kuasa.