工业4.0的电源管理

随着工业部门的发展和物联网的融合导致新的复杂和连接的工业系统，电源管理必须应对设计挑战。工业 4.0 通过无线节点等移动解决方案，以新的商业模式扩展生产领域。从 2016 年到 2022 年，电源管理 IC 市场预计将以约 6% 的复合年增长率 (CAGR) 增长。电源管理 IC (PMIC) 为广泛的应用类别提供高度集成的高性能架构，例如网络、电信、汽车和消费电子产品。

Maxim Integrated Products Inc., MAX20075 降压转换器

Maxim Integrated 在满足各种工业部门的电源要求方面拥有丰富的经验。这些解决方案可以管理不同的基于电池的应用，可用于物联网网络的传感解决方案。紧凑的尺寸、高工作效率、低静态电流和减少电磁干扰 (EMI) 是 Maxim 电源 IC 的主要特点。  

图 1：Maxim 的 MAX20075。

一个例子是MAX20075，这是一款具有低静态电流的同步降压转换器。该器件在轻负载时自动进入跳跃模式，空载时具有 3.5 μA 的超低静态电流。的MAX20075的91％提供了高的峰值效率为是永远在线的应用程序，以及40 V的过载的（公差图1）。该器件可用于各种工业应用以及汽车应用。它提供两个固定的 5V 和 3.3V 输出电压。频率在内部设置为 2.1 MHz，这允许使用小型外部组件、减少输出纹波和衰减 AM 干扰。该器件提供引脚启用的扩频调制，以最大限度地减少由于调制频率引起的 EMI 辐射。

Texas Instruments Inc.，TPS62840 和 TPS650250 PMIC

德州仪器 (TI) 通过适用于任何应用的一系列解决方案来应对电源管理挑战，从汽车到基于氮化镓 (GaN) 的高压设计。操作参数的组合允许创建创新的解决方案。

该TPS62840 是一个同步降压转换器特征在于低的静态电流（I Q），典型地为60 nA。这种开关稳压器可以延长电池供电的工业和消费类应用的电池寿命，例如物联网领域、网络基础设施和可穿戴设备中的应用。

图 2：TPS62840 的框图。

TI PMIC 为家庭和工厂自动化、人机界面和其他工业应用中的 Sitara、NXP i.MX、英特尔 Apollo Lake/Skylake 和 Xilinx/Altera FPGA 等处理器提供工业系统电源解决方案。基于控制器的 PMIC 也可用于通过各种封装解决方案解决热问题。

一种解决方案是TPS650250 集成 PMIC，它适用于需要多个电源轨的应用。它提供三个高效降压转换器，旨在为基于处理器的系统提供网络电压、外设、I/O 和内存总线。由 MODE 引脚控制的所有三个降压转换器在轻负载时进入低功耗模式以获得最大效率，或者以固定强制频率在 PWM 模式下运行。

所述TPS650250 器件集成两个200毫安通用LDO电压调节器。两个 LDO 均在 1.5 V 至 6.5 V 的输入电压范围内运行。所有电源轨的输出电压均可通过外部电阻分压器设置并通过输入引脚启用。此外，30mA LDO 通常用于为始终在线的电源轨供电。

ROHM Semiconductor, BD71847AMWV PMIC

目前使用的大多数工业设备都在 24 V 至 72 V 之间的高压下运行，这与电子电路所需的 3.3 V 至 12 V 不兼容。ROHM 的工业 DC/DC 产品线包括支持宽范围输入电压和高效率输出电压的产品。

该BD71847AMWV 是最新加入到ROHM的PMIC产品组合，专门为恩智浦的i.MX处理器的设计。除了 95% 效率在业界名列前茅的 DC/DC 转换器之外，ROHM 的 PMIC 还具有用于灵活电源控制和管理的可编程序列器、用于 i.MX 8M Mini 的硬件控制接口、睡眠时钟缓冲器和保护功能。PMIC 集成了六个 DC/DC 降压转换器、六个 LDO 稳压器、一个用于 SDXC 卡的 1.8-V/3.3-V 电源开关、32-kHz 晶振驱动器和输出时钟、保护和监控电路，以及一个可编程定序器和电源状态的控制逻辑。

图3：BD1847AMWV的系统功率图和典型应用电路

ROHM 的高效降压开关稳压器BD9106FVM-LB旨在产生低电压，包括来自 5V 电源线的 1V。它采用电流模式控制系统来为负载的突然变化提供更快的瞬态响应。

Analog Devices Inc.，LTC3372 控制器和 LTM4700 稳压器模块

Analog Devices Inc. (ADI)的LTC3372是一款高度集成的电源管理解决方案，适用于需要由高达 60V 的输入电压产生多个低压输出的系统。该器件提供一个 60V 同步降压开关控制器和四个可配置同步降压稳压器。LTC3372 的降压控制器提供 4.5V 至 60V 的输入范围，并驱动一个 N 沟道 MOSFET 功率级。每个降压通道都可以通过编程来调整 0.8 V 的最小输出电压，可配置的输出电流高达 4 A。 

图 4：LTC3372 的框图。

此外，ADI 还提供凌力尔特的一系列 µModule Power 产品，其中包括LTM4700 模块，可提高数据中心服务器的密度，同时将对系统尺寸和冷却成本的影响降至最低。高度集成的封装组件包括存储器、数据转换电路和数字接口。

审核编辑：郭婷