Introduzzjoni
Is-sistemi ta 'awtomazzjoni industrijali għaddejjin minn rivoluzzjoni biex inaqqsu l-latenza u l-perijodi ta' waqfien. Dan l-isforz, magħruf bħala Industrija 4.0, se jinkorpora intelliġenza akbar fil-fabbriki-minn pannelli HMI u kontrolluri għal moduli ta' komunikazzjoni, attwaturi, u sensuri.
Din ir-rivoluzzjoni hija parallela mar-rivoluzzjoni tan-netwerking, fejn l-intelliġenza espandiet minn routers ewlenin għal netwerks tal-metro, it-tarf, u sa l-aħħar mil. Billi tqassam l-intelliġenza tal-ipproċessar fit-tarf (permezz ta 'sensuri u moduli ta' komunikazzjoni), id-deċiżjonijiet ta 'rutina jistgħu jittieħdu aktar malajr mingħajr ma jinvolvi l-proċessur prinċipali (li jinsab fil-PLC). Din l-intelliġenza addizzjonali trid topera fl-istess spazju jew mnaqqas fuq l-art tal-fabbrika, u titlob aktar funzjonalità f'fatturi ta 'forma iżgħar.
Dan it-tnaqqis tad-dimensjonijiet tal-PCB jenfasizza l-isfidi tal-ġestjoni termali. Għażliet bħal sinkijiet tas-sħana huma esklużi minħabba restrizzjonijiet ta 'spazju tal-bord premium. Fannijiet tal-arja sfurzata-ma jistgħux jintużaw, peress li kompartimenti ssiġillati jipprevjenu trab u kontaminanti milli jidħlu. Konsegwentement, is-soluzzjonijiet tal-provvista tal-enerġija għandhom ikunu effiċjenti ħafna filwaqt li jagħtu qawwa ogħla u jokkupaw footprint iżgħar. F'din is-soluzzjoni tad-disinn tal-provvista tal-enerġija, aħna se nindirizzaw dawn ir-rekwiżiti filwaqt li nirrevedu l-għażliet disponibbli għal provvisti tal-enerġija 20W-30W, inqabblu l-prestazzjoni, u niddeterminaw l-aħjar soluzzjoni.
L-indirizzar tal-Konsum tal-Enerġija
L-applikazzjonijiet industrijali għandhom vultaġġ nominali tal-linja DC ta '24V, għeruq f'relays analogi legacy u li jibqa' l-istandard industrijali de facto. Madankollu, għal tagħmir mhux-kritiku, il-vultaġġ massimu operattiv fl-applikazzjonijiet industrijali huwa mistenni li jkun 36V-40V. Apparati kritiċi, bħal kontrolluri, attwaturi, u moduli tas-sigurtà, għandhom jappoġġjaw 60V (standards IEC61131-2, 60664-1, u 61508 SIL). Vultaġġi tal-ħruġ komuni huma 3.3V u 5V, b'kurrenti li jvarjaw minn 10mA f'sensors żgħar għal għexieren ta 'amperes f'applikazzjonijiet ta' kontroll tal-moviment, CNC, u PLC. L-għażla ovvja hija għalhekk ċara.
Applikazzjonijiet ta' Kontroll: Regolatur tal-Vultaġġ Buck (Step-'l isfel).
Panel HMI: Pannell tal-wiri tal-interface tal-bniedem-magna, li tipikament jinkorpora buttuni tal-kontroll tas-sewqan, Kontrolluri Loġiċi Programmabbli (PLC), Sistemi ta' Kontroll Imqassma (DCS), Kontroll Numeriku tal-Kompjuter (CNC)
Moduli ta 'Komunikazzjoni: Moduli I/O diġitali u analogi li jutilizzaw standards bħal linji tas-serje, kontrolluri, DeviceNet, Profibus, SercosIII, Link I/O, Ethernet, eċċ.
Attwaturi: Muturi, drives, kontroll tal-moviment, robotika Sensuri: Pressjoni, temperatura, prossimità, ottiċi, u diversi sensuri oħra.
L-arkitettura buck l-aktar komuni hija l-konvertitur buck asinkroniku, peress li l-manifatturi tas-semikondutturi jsibuha faċli li jiddisinjaw regolaturi buck asinkroniċi għal applikazzjonijiet ta'-vultaġġ għoli. F'din il-konfigurazzjoni, id-dijodu tar-rettifikatur tal-ġenb baxx-huwa estern għaċ-ċirkwit integrat.
Għal input ta '24V u output ta' 5V, il-konvertitur buck jaħdem f'ċiklu ta 'ħidma ta' madwar 20%. Dan ifisser li t-transistor intern high-side (T fil-Figura 1) imexxi biss 20% tal-ħin. Id-dijodu tar-rettifikatur estern (D) iwettaq it-80% li jifdal tal-ħin, li jammonta għall-maġġoranza tad-dissipazzjoni tal-enerġija.
Per eżempju, taħt tagħbija 4A, dajowd rettifikatur Schottky bħall-B560C juri tnaqqis fil-vultaġġ ta 'madwar 0.64V. Għalhekk, f'ċiklu ta 'ħidma ta' 80%, it-telf tal-konduzzjoni (it-telf primarju b'tagħbija sħiħa) jqarreb (0.64V) × (4A) × (0.80)=2W.
Min-naħa l-oħra, jekk nużaw arkitettura sinkronika (Figura 2), id-dijodu jiġi sostitwit minn MOSFET baxx-ġenb li jaġixxi bħala rettifikatur sinkroniku. Nistgħu nibbilanċjaw il-waqgħa ta '0.64V madwar id-dijodu kontra l-waqgħa madwar ir-reżistenza tad-drain-sors tat-transistor MOSFET, R_(ds) (on).
Figura 1. Konvertitur Buck Asinkronu
Fl-eżempju tagħna, il-MOSFET RJK0651DPB karatteristiċi Rds(on) ta '11 mΩ biss, b'daqs ta' pakkett simili għal rettifikatur Schottky. Dan jirriżulta f'waqgħa tal-vultaġġ korrispondenti ta 'sempliċement (11 mΩ) × (4 A)=44 mV, u telf ta' qawwa ta 'biss (0.044 V) × (4 A) × (0.80)=141 mW.
It-telf ta 'enerġija tal-MOSFET huwa madwar 14-il darba inqas mit-telf ta' enerġija ta 'Schottky b'tagħbija sħiħa! Ovvjament, l-approċċ loġiku biex jiġi minimizzat il-konsum tal-enerġija huwa li tuża rettifika sinkronika.
Figura 2. Sinkroniku Buck Converter
Biex jimminimizzaw id-daqs ġenerali taċ-ċirkwit tal-provvista tal-enerġija, ċirkwiti integrati ta 'rettifika sinkronika aktar ġodda għandhom jinkorporaw kumpens intern għal kwalunkwe frekwenza u vultaġġ tal-ħruġ mingħajr ma jeħtieġu capacitor tal-ħruġ kbir. Għandhom jaħdmu wkoll fi frekwenzi għoljin biex jippermettu l-użu ta' indutturi u capacitors iżgħar.
Figura 3. Ċirkwit Tipiku ta' Applikazzjoni għall-MAX17536 24VIN/5VOUT, 4A Synchronous Rectifier Buck Converter
Il-MAX17536 u soluzzjoni asinkronika bbażata fuq speċifikazzjonijiet ippubblikati huma murija fil-Figura 4. Għaż-żewġ apparati, il-kundizzjonijiet tat-test kienu input ta '24V u output 5V, 4A. Kif mistenni, is-soluzzjoni sinkronika ta 'Maxim uriet effiċjenza ogħla fil-medda kollha tal-kurrent tat-tagħbija. F'tagħbija sħiħa (4A), is-soluzzjoni sinkronika ta 'Maxim kisbet aktar minn 92% ta' effiċjenza, filwaqt li l-apparat mhux sinkroniku laħaq biss madwar 86%, li jirrappreżenta differenza ta 'effiċjenza li taqbeż is-6%.
Figura 4. Effiċjenza ta 'Konvertituri Buck Sinkroniċi u Asynchronous
Konklużjoni
Meta tindirizza l-isfidi tal-konsum tal-enerġija f'applikazzjonijiet industrijali, il-MAX17536 jippreżenta soluzzjoni ta 'rettifika sinkronika għal vultaġġi ta' input għolja. Dan l-approċċ sinkroniku juri vantaġġ sinifikanti ta 'effiċjenza, li jtaffi t-tħassib dwar id-dissipazzjoni tal-enerġija.