在當今日益自動化和電氣苛刻的工業(yè)環(huán)境中，傳感器隨處可見。它們變得越來越復(fù)雜，但也越來越小。它們的復(fù)雜性要求板載開關(guān)穩(wěn)壓器更有效地提供電源，從而最大限度地減少熱量產(chǎn)生。然而，挑戰(zhàn)仍然存在：當這些微型傳感器在高壓工業(yè)環(huán)境中運行時，如何安全地為它們提供低壓電源？您如何做到這一點，同時保持較小的解決方案尺寸并最大限度地提高效率？

安全供電

傳感器“盒”包括一個前端收發(fā)器，用于處理數(shù)據(jù)并將電源路由到降壓轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器為 ASIC/微控制器/FPGA 和傳感元件提供適當?shù)碾妷?。傳感器通常?24V 直流電源 （V總線).圖2顯示了電源路徑。

圖2.傳感器電源系統(tǒng)

在電源管理方面，工廠車間可能非常具有挑戰(zhàn)性。高壓瞬變比比皆是，因為這些環(huán)境中的電纜很長，電磁干擾很強。因此，傳感器內(nèi)部的降壓轉(zhuǎn)換器必須承受遠高于傳感器工作電壓的電壓瞬變。

典型的傳感器電源管理解決方案利用瞬態(tài)電壓抑制器 （TVS） 來限制輸入電壓 （V抄送）的前端降壓轉(zhuǎn)換器。相關(guān)的輸入電流峰值由電阻R減小P，電壓瞬變源之間的電路徑中的寄生或物理元件（V總線） 和傳感器。

為了說明我們的觀點，讓我們考慮從 LittelfuseTM 目錄中選擇一個 TVS。圖3顯示了TVS的一般特性。

圖3.TVS V-I在傳感器電源系統(tǒng)中的特性

TVS器件為開路，直到其兩端的電壓達到VBR.此時，它開始傳導(dǎo)電流，同時其電壓略微上升至其最大鉗位電壓VC，對應(yīng)于最大允許峰值脈沖電流 I聚丙烯.產(chǎn)品五Cx I聚丙烯是 TVS 可以處理的最大峰值功率（此 TVS 系列為 400W）。

為了有效保護，TVS VBR必須選擇高于 V恒流（最大）而VC必須低于開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電壓擊穿。

理想情況下，對于額定電壓為 60V 的降壓轉(zhuǎn)換器，最小 V 的 SMAJ33ABR可以使用33V（和鉗位電壓VC53.3V，遠低于60V）。這提供了高于V的6.6V的工作裕量總線（最大）和低于 6V 的 7.60V（圖 4）。

圖4.理想的電視機選擇

現(xiàn)在，讓我們考慮一種解決空間限制的獨特新方法：將電感垂直集成在IC頂部。MAXM15064喜馬拉雅uSLIC模塊工作在-40°C至+125°C的寬溫度范圍內(nèi)，采用扁平、緊湊、10引腳、2.6mm x 3mm x 1.5mm封裝。

圖6顯示了使用300mA、60V降壓轉(zhuǎn)換器模塊實現(xiàn)的大幅減小尺寸。電感器的垂直集成使凈元件面積僅為21mm2.

圖6.電感在MAXM15064喜馬拉雅uSLIC模塊中的垂直集成可實現(xiàn)大幅減小尺寸。

總結(jié)

工業(yè) 4.0 技術(shù)正在為工廠和其他工業(yè)環(huán)境注入以更少的人為干預(yù)做更多事情的能力。智能傳感器在這方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但它們也帶來了獨特的電源管理挑戰(zhàn)。uSLIC 電源模塊是一款小巧、高效、低 EMI 的降壓轉(zhuǎn)換器，非常適合為微型傳感器供電，使工業(yè)應(yīng)用栩栩如生。

審核編輯：郭婷