同步降压型开关稳压器（自同步电压源新能源）

介绍

本应用笔记是有关工业自动化电源设计中的高压同步稳压器的两部分系列文章的第二部分。第1 部分讨论工业控制架构和电源需求和困境。在本系列的第2 部分中，我们将讨论新型电源如何使用同步开关技术，同时能够承受高达60V 的电压尖峰和高达3.5A 的电源，这在以前是不切实际的。这些功能通过提高效率来简化工业自动化系统电源设计，从而减少热量和功耗、减小组件尺寸并限制分立外部组件的数量。

新型同步稳压器

同步稳压器似乎是应对工业自动化系统电源设计挑战的完美解决方案。这些设备效率高，功耗有限，并且系统温度较低。它们只需要很少的空间，从而降低了BOM 成本。

许多同步稳压器的额定工作电压高达28V，少数额定工作电压高达40V。然而，大多数这些设备对过压特别敏感，因为它们的工作电压和绝对最大额定电压之间几乎没有余量。主电源系统的典型电压尖峰会迅速损坏这些组件。

一种解决方案是使用保护钳位来保护同步调节器，将电压尖峰限制在低于组件绝对最大电压额定值的水平。然而，这些钳位增加了设计进度的成本、空间和长度，抵消了使用同步稳压器的许多最初好处。这给工业自动化系统工程师带来了一个困境：他/她是否受益于同步调节器的更高效率并接受电压钳位的额外麻烦？或者，他/她是否选择了一个异步稳压器，可以处理可能的系统过压，同时消耗更多功率并变得更热？

半导体供应商投入巨资进行研发来解决这一困境，一些可处理高达60V 甚至75V 输入电压的器件现已进入市场。然而，这些设备的输出电流仅限于几百毫安，远远低于工业自动化系统中使用的大多数设备，尤其是PLC的要求。

但现在，新一代高电压、高输出电流同步稳压器已经面世。这些新型高性能芯片的一个例子是Maxim 的MAX1750x 系列。这些器件集成了两个MOSFET，无需外部肖特基二极管及其相关外部组件。

这个新的同步稳压器模块系列可处理高达60V 的电压，并提供包括500mA、1A、2.5A 和3.5A 在内的电流输出。公司还可以为使用4-20mA回路的工业自动化系统传感器提供输出低至几十毫安的相关产品。

例如，MAX17503设计的效率高达90%，工作温度比竞争对手的高压异步稳压器低50%。该器件的工作输入电压范围为4.5V 至60V，可提供高达2.5A 的输出电流。图1显示了工业自动化系统中MAX17503（及其姊妹产品MAX17501）的典型应用位置。

图1. MAX17501和MAX17503 DC-DC转换器面向工业自动化系统应用。

此外，MAX17503可节省高达50%的电路板空间，并减少高达75%的元件数量。从200kHz 到2.2MHz 的高频开关允许缩小外部电感器以节省更多空间。

此外，MAX1750x 稳压器还具有PFM 功能。 PFM 的工作原理是在轻负载时禁用反向电感电流并跳过脉冲。 PFM 的优点是轻负载时效率更高，因为从电源汲取的静态电流(IQ) 较低。

MAX1750x稳压器所展现的高集成度不仅减少了外部元件数量和成本，而且还缓解了设计挑战。工程师不需要计算外部电容和补偿电阻的值和来源，因为工作已经完成。图2所示为该芯片的应用电路。

图2. MAX17503应用电路，开关频率为500kHz

综上所述

在本系列的第1 部分中，我们探讨了工业控制架构和高压同步稳压器的要求。在第2 部分中，我们重点介绍了新的同步稳压器系列以及影响功率预算问题的技术。通过解决工业自动化系统的电源困境，新一代同步稳压器使工程师能够专注于优化工业自动化系统的运行，而不是致力于提供强大的电源。