工业应用电源转换解决方案

了解设计人员面临的挑战以及为工业应用中的电源设计选择降压转换器的一些关键考虑因素。

　电源转换器旨在为各种输入电压和工作温度下的工业应用提供长期支持。本文着眼于设计人员面临的一些重要挑战，以及为电源设计选择降压转换器时最重要的考虑因素。

　　当今工业应用中的更高电压要求

　　随着工业 4.0 中自动化和新兴技术的使用越来越多，电源管理和能源效率变得越来越重要。在工业领域，由于操作重型机械、电磁阀和继电器的更高功率要求，24V 和 48V 电源已变得司空见惯。

　　今天，许多工业控制系统出于各种原因使用 24VDC 总线。在涉及大功率负载的情况下，选择 48V 电源。将工业电源电压从 24V 提高到 48V 可以将电流降低一半，并将电缆中的功率损耗降低四倍。

　　降压转换器在工业应用中的作用

　　工业设备中的各种电路都需要多个电压电平。DC-DC 降压（降压）转换器通过将高输入电压降压到合适的水平来解决这一挑战。

　　DC-DC 降压转换器可以实现非常高的降压比（例如，48:1 或从 48VDC 降至 1VDC）。这些设备通过将输入能量临时存储在电感器或变压器的磁场中并将其提供给较低电压水平的各种负载来工作。

　　选择合适的降压转换器的注意事项

　　过流、过压和过温条件是工业应用电源面临的一些最常见问题。对于许多设计人员来说，为工业应用选择合适的降压转换器归结为以下标准：

　　宽输入电压范围高开关频率过温保护过压保护欠压锁定慢启动让我们更详细地看看这些标准中的每一个。

　　宽输入电压范围

　　任何降压转换器的一个基本特征是宽输入电压范围，这使其能够覆盖使用 24V/48V 电源的各种工业应用，这些应用需要降压到较低的输出电压电平。

　　一些示例包括用于工业控制、安全系统、大功率设备和电信系统的电源。

　　高开关频率

　　降压转换器中较高的开关频率可改善负载瞬态响应，并允许在电源中使用更小的电容器和电感器。

　　过温保护

　　由于工业电源运行的温度条件恶劣，过热保护至关重要。

　　降压转换器应包含热关断 (TSD) 电路，以防止对 IC 造成热损坏。当 MOSFET 的内部结温升至温度阈值以上时，电路会关闭 IC，并在温度降至 TSD 限值以下时自动复位。

　　过流保护

　　工业电源中过流的常见原因包括输出与接地之间的短路或超过最大额定值的输出负载电流。

　　过流会导致温度迅速升高，从而损坏组件、电路走线和 PCB。降压转换器中的过流保护 (OCP) 通过在发生故障时中断高侧 MOSFET 中的电流流动来防止对电源的损坏。

　　过压保护

　　过压或浪涌条件会产生可能损坏电源的破坏性电压。

　　当今的降压转换器提供内置过压保护 (OVP) 以防止对 IC 造成浪涌损坏。一旦其输出电压反馈引脚接收到浪涌电压，它就会关闭高端 MOSFET。反馈引脚电压下降后自动复位，IC恢复正常工作。

　　欠压锁定

　　欠压锁定 (UVLO) 功能会在输入电压急剧下降到一定值时关闭 IC，以防止发生故障，并在电压升高后自动复位。

　　慢启动

　　大多数降压转换器提供软启动 (SS) 功能，可最大限度地减少高浪涌电流并限制启动期间的快速电压上升。此功能在输入电压达到 UVLO 电压和开启后的最低工作电压时启动。