現(xiàn)代工廠都采用自動(dòng)化系統(tǒng),依靠整個(gè)工廠范圍內(nèi)的許多傳感器提供的反饋信息來(lái)保持高生產(chǎn)率。這些公司采用數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)匯總傳感器收集的大量數(shù)據(jù)。傳感器收集的數(shù)據(jù)越多,系統(tǒng)的適應(yīng)性和操作性就越好。
因此,采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接的現(xiàn)代工業(yè)傳感器必須以更快和更精確的速率來(lái)檢測(cè)信號(hào),并將該信息作為與傳統(tǒng)模擬信號(hào)相對(duì)的數(shù)字信號(hào)輸出。這一功能要求傳感器使用功率更大的處理器。此外,由于工廠中此類傳感器的數(shù)量更多,因此形狀因數(shù)變小。功率的增大以及形狀因數(shù)的變小迫使工廠擯棄成熟的線性穩(wěn)壓器方案,轉(zhuǎn)而采用開關(guān)穩(wěn)壓器方案。
而采用開關(guān)穩(wěn)壓器又產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn)。由于電感器要求使用額外的區(qū)域,因此開關(guān)穩(wěn)壓器形狀因數(shù)較大。必須考慮穩(wěn)壓器開關(guān)頻率與測(cè)量信號(hào)頻率之間的關(guān)系。
因此,轉(zhuǎn)換器的布局更加關(guān)鍵。設(shè)計(jì)不良的開關(guān)穩(wěn)壓器會(huì)提高本底噪聲,并產(chǎn)生不必要的電磁兼容性(EMC),將會(huì)干擾小型信號(hào)的檢測(cè)。
幸運(yùn)的是,我們目前提供了集成電感器 DC/DC 開關(guān)穩(wěn)壓器,可以最大限度地減少此類挑戰(zhàn)。電感器的集成不僅減小了開關(guān)節(jié)點(diǎn)的面積,還可以更輕松地實(shí)現(xiàn)最佳布局。新型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率顯著提高,因此可以使用小型片式電感器和陶瓷電容器,使得 DC/DC 轉(zhuǎn)換器成為外形最小的選擇。
新型 LMZM23601 電源模塊將 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、電感器、Vcc 濾波電容器和升壓電容器集成到一個(gè)3mm*3.8mm*1.6mm 的封裝中。這樣可以處理最高36V 的輸入電壓,并將電壓從15V 降至2.5V(固定5V 和3.3V 可選),同時(shí)輸出電流高達(dá)1A。如圖1所示,占用最小的板內(nèi)空間實(shí)現(xiàn)完整的1A 解決方案。
將 LMZM23601 與傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器方案相比較,來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)變送器應(yīng)用的以下要求:
· 輸入電壓:10V 至30V,公稱24V
· 輸出電壓:3.3V
· 輸出電流:35mA
· 溫度范圍:環(huán)境溫度-40°C 至85°C
· 板面積:4mm*4.5mm
如表1所示,與微型小外形封裝(MSOP)8相比,LMZM23601具有封裝面積和熱能方面的優(yōu)勢(shì)。注意:表1中規(guī)定的 R?JA 僅供比較參考,鑒于板空間和銅排有限,在實(shí)際傳感器應(yīng)用中,該值會(huì)更高。聯(lián)合電子設(shè)備工程委員會(huì) (JEDEC) 或評(píng)估模塊(EVM)計(jì)算了數(shù)據(jù)表中的典型 R?JA 值。例如,LMZM23601 45°C/W 的 R?JA 是基于一塊 30mm*30mm 的雙層電路板計(jì)算出來(lái)的。
設(shè)計(jì)選項(xiàng) | 封裝尺寸(mm) | 封裝面積(mm2) |
封裝熱能 R?JA(?C/W) |
LMZM23601 | 3 x 3.8 | 11.4 | 45 |
線性–MSOP-8 | 5 x 3 | 15.0 | 60 |
線性-散熱器薄小外形封裝(HTSSOP) | 5.1 x 6.6 | 33.7 | 39.7 |
線性-晶體管外形(TO)-252 | 10.7 x 15.9 | 169.4 | 26.9 |
線性–TO-263 | 10.4 x 6.7 | 69.7 | 24.7 |
設(shè)計(jì)選項(xiàng) | 功耗(W) |
溫升 (°C) |
結(jié)溫 (°C) |
LMZM23601 | 0.1155 | 5.2 | 90 |
線性–MSOP-8 | 0.9355 | 56.13 | 141 |