簡介
    同步開關(guān)技術(shù)通常用于系統(tǒng)中，以幫助消除在連接或斷開電容器組與有源配電饋線時可能發(fā)生的干擾。然而，隨著其使用，電壓尖峰和不規(guī)則問題也隨之出現(xiàn)。
    本應(yīng)用筆記是有關(guān)工業(yè)自動化電源設(shè)計(jì)中的高壓同步穩(wěn)壓器的兩部分系列的第 2 部分。第 1 部分討論工業(yè)控制架構(gòu)以及電源需求和困境。在本系列的第 2 部分中，我們討論新型電源如何采用同步開關(guān)技術(shù)，同時能夠承受高達(dá) 60V 的電壓峰值并提供高達(dá) 3.5A 的電流，這在以前是不切實(shí)際的。這些功能可提高效率，進(jìn)而降低熱量產(chǎn)生和功耗、減少組件占用空間并限制分立外部組件的數(shù)量，從而簡化工業(yè)自動化系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。
    新型同步穩(wěn)壓器
    同步穩(wěn)壓器似乎是應(yīng)對工業(yè)自動化系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的完美答案。這些器件高效、限制功耗并降低系統(tǒng)溫度。它們需要很少的空間并降低 BOM 成本。
    許多同步穩(wěn)壓器的工作電壓額定值高達(dá) 28V，少數(shù)則工作電壓高達(dá) 40V。然而，這些設(shè)備中的大多數(shù)對過壓特別敏感，因?yàn)樗鼈兊墓ぷ麟妷汉碗妷侯~定值之間幾乎沒有余量。主電源供電系統(tǒng)特有的電壓尖峰可能會迅速損壞這些組件。
    一種解決方案是使用保護(hù)鉗位來保護(hù)同步調(diào)節(jié)器，將電壓尖峰限制在低于組件額定電壓的水平。然而，這些鉗位會增加成本、占用空間并延長設(shè)計(jì)進(jìn)度，從而抵消了使用同步穩(wěn)壓器的許多好處。這給工業(yè)自動化系統(tǒng)工程師帶來了一個兩難的境地：他/她是否可以從同步調(diào)節(jié)器的更高效率中受益，并接受電壓鉗位的額外麻煩？或者，他/她是否選擇了一個異步穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可以處理可能出現(xiàn)的系統(tǒng)過壓，但會消耗更多功率并變得更熱？
    半導(dǎo)體供應(yīng)商在研發(fā)方面投入巨資來解決這一困境，一些能夠處理高達(dá) 60V 甚至 75V 輸入電壓的器件現(xiàn)已進(jìn)入市場。然而，這些設(shè)備的輸出電流僅限于幾百毫安，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用的許多設(shè)備（尤其是 PLC）的要求。
    但現(xiàn)在，新一代高壓、高輸出電流同步穩(wěn)壓器已經(jīng)上市。這些新型高性能芯片的一個例子是 Maxim 的 MAX1750x 系列。該器件集成了兩個 MOSFET，無需外部肖特基二極管及其相關(guān)外部組件。
    該新型同步穩(wěn)壓器模塊系列可處理高達(dá) 60V 的電壓，并提供包括 500mA、1A、2.5A 和 3.5A 在內(nèi)的電流輸出。該公司還可以為使用 4-20mA 回路的工業(yè)自動化系統(tǒng)傳感器提供輸出低至幾十毫安的相關(guān)產(chǎn)品。
    例如，MAX17503 的設(shè)計(jì)效率高達(dá) 90%，運(yùn)行溫度比競爭對手的高壓異步穩(wěn)壓器低 50%。該器件可在 4.5V 至 60V 輸入電壓范圍內(nèi)工作，并提供高達(dá) 2.5A 的輸出電流。圖1顯示了MAX17503（及其姊妹產(chǎn)品MAX17501）在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。

 

    MAX17501和MAX17503 DC-DC轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)應(yīng)用是工業(yè)自動化系統(tǒng)。
    此外，MAX17503可節(jié)省高達(dá)50%的電路板空間，并減少高達(dá)75%的元件數(shù)量。從 200kHz 到 2.2MHz 的高頻開關(guān)允許縮小外部電感器以節(jié)省更多空間。
    此外，MAX1750x穩(wěn)壓器還具有PFM功能。PFM 的工作原理是在輕負(fù)載時禁用反向電感電流并跳過脈沖。PFM 的優(yōu)點(diǎn)是輕負(fù)載時效率更高，因?yàn)閺碾娫醇橙〉撵o態(tài)電流 (IQ) 較低。

   

    500kHz開關(guān)頻率的MAX17503應(yīng)用電路。
    MAX1750x穩(wěn)壓器的高集成度不僅減少了外部元件數(shù)量并降低了成本，而且還緩解了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。工程師無需計(jì)算外部電容器和補(bǔ)償電阻器的值，??也無需獲取外部電容器和補(bǔ)償電阻器的源，因?yàn)檫@些工作已經(jīng)完成。圖2所示為該芯片的應(yīng)用電路。
    結(jié)論
    在本系列的第 1 部分中，我們研究了工業(yè)控制架構(gòu)和高壓同步穩(wěn)壓器的需求。在第 2 部分中，我們重點(diǎn)關(guān)注新型同步穩(wěn)壓器系列以及影響功率預(yù)算問題的技術(shù)。通過解決工業(yè)自動化系統(tǒng)的電源困境，新一代同步穩(wěn)壓器使工程師能夠?qū)Ｗ⒂趦?yōu)化工業(yè)自動化系統(tǒng)的運(yùn)行，而不是費(fèi)力地提供強(qiáng)大的電源。欲了解更多信息，請參考MAX17503A評估套件(適用于3.3V輸出電壓應(yīng)用)和MAX17503B評估套件(適用于5V輸出電壓應(yīng)用)。