本应用笔记是工业自动化电源设计中高压同步稳压器系列文章的两部分的第2部分。第1部分讨论工业控制架构以及电源需求和困境。在本系列的第 2 部分中，我们将讨论新电源如何采用同步开关技术，同时能承受高达 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，以此来降低发热和功耗，减少元件尺寸，并限制分立式外部元件的数量，从而简化工业自动化系统电源设计。

  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。这一些器件效率高，功耗有限，系统温度更低。它们需要的空间很小，降低了 BOM 成本。

  有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，这一些器件中的大多数对过压很敏感，因为它们的工作电压和绝对最大额定电压之间基本上没有余量。市电供电系统特有的电压尖峰可能会迅速破坏这些组件。

  一种解决方案是使用保护钳保护同步稳压器，将电压尖峰限制在低于元件绝对最大额定电压的水平。然而，这些箝位会增加成本、占用空间并延长设计进度，从而抵消了最初使用同步稳压器的许多好处。这给工业自动化系统工程师带来了一个两难境地：他/她是否受益于同步稳压器的更高效率，并接受电压钳位的额外麻烦？或者，他/她是否选择了一种异步稳压器，既能处理可能的系统过压，又能消耗更多功率并变得更热？

  半导体供应商在研发方面投入了大量资金来解决这一困境，一些能处理高达60V甚至75V输入电压的设备现在正在进入市场。然而，这一些器件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部分设备的要求，特别是PLC。

  但现在，新一代高电压、高输出电流同步稳压器已经上市。这些新型高性能芯片的一个例子是Maxim的MAX1750x系列。这一些器件集成了两个MOSFET，无需外部肖特基二极管及其相关的外部元件。

  这种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。该公司还可以为使用4-20mA环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设计提供高达90%的效率，运行温度比竞争的高压异步稳压器低50%。该器件工作在 4.5V 至 60V 输入电压范围，可提供高达 2.5A 的输出电流。图1所示为MAX17503（及其姊妹产品MAX17501）在工业自动化系统中的典型应用位置。

  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。200kHz至2.2MHz的高频开关允许外部电感缩小以节省更多空间。

  此外，MAX1750x稳压器具有PFM功能。PFM 的工作原理是禁用反向电感电流并在轻负载时跳过脉冲。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稳压器表现出的高集成度，不仅减少了外部元件数量，降低了成本，而且减轻了设计挑战。工程师无需计算外部电容和补偿电阻的值和源出，因为工作已完成。图2显示了该芯片的应用电路。

  在本系列的第 1 部分中，我们探讨了工业控制架构以及对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电源困境，新一代同步稳压器使工程师能够专注于优化其工业自动化系统的运行，而不是努力提供强大的电源。

  1 前言 在电厂及变电站的二次系统中，为了给控制、保护、自动装置、事故照明等设备用电，必须有可靠的直流电源。直流电源的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当厂、站用电中断的情况下，为继电保护、断路器跳合闸、载波通讯提供直流电源，其稳定运行直接影响着电力系统的安全可靠运行。变电站直流电源主要由以下四个部分所组成：蓄电池系统、充电模块部分分为交流整流及稳压整流、微机监控部分、调压模块部分。目前，现代直流电源的发展正以高频开关技术为基础，并兼备高频化、高效率、大功率、无污染和模块等特点。在管理方式上，结合计算机网络技术的发展，形成多级计算机网络的集中监控管理系统。 直流电源系统的监视系

  纯 正弦波 逆变电源专为发电厂、变电站、通信行业、自动化控制设备，太阳能、油田、风能、新能源等所设计的 高品质电源 系统。主要使用在于负载设备对电源品质要求比较高的场所。如电力远动、RTU、电力载波、监控、程控交换机、计算机房、网络、计费、服务器及事故照明灯场所等。若交流输入断电，则将由电力系统、邮电系统自备的直流屏或外置电池柜经过 逆变器 为负载设备提供长时间、不间断的电力供应，若直流屏断电、 逆变器 过载或故障，系统会自动切换至旁路供电，保障了系统供电的连续性。在有直流动力的场所采用逆变电源给重要负载设备供电由以下优点： ①避免蓄电池组的重复投资，减少系统的维护，降低系统运行成本 ②电力系统、邮电系统的直流

  几年前，医疗专业技术人员还无法将救助生命的设备带到现场；因为那时便携式仪器的技术尚未成熟。但如今，大量的监控仪器、超声设备和输液泵可在远离医院的场所使用——甚至战场。便携式设备的移动越来越方便。正是由于诸如锂离子电池等技术的应用，重达50磅的笨重除颤器才可以被更轻便、更紧凑的用户友好型装置取代，也不会造成医护人员肌肉的拉伤。 病人的移动性也慢慢的变重要。如今的病人可能会从放射科转移到重症监护病房，从救护车转移到急救室，或用救护车从一家医院转移到另一家医院。同样地，便携式家用仪器和移动式监控设备的普及，使病人可以待在喜欢的地方，而并不一定要留在医疗机构中。便携式医疗器械必须真正的完成完全意义上的便携，为病人提供最佳服务。

  设计的特性及注意事项 /

  自从美国TI公司推出通用可编程DSP芯片以来，DSP技术获得了突飞猛进的发展。DSP电源设计是DSP应用系统模块设计的一个重要组成部分，低功耗是DSP电源系统模块设计的发展趋势。由于DSP一般在系统中要承担大量的实时数据计算，在CPU内部，频繁的部件转换会使系统功耗大幅度提升，降低DSP内部CPU供电的核电压是降低系统功耗的有效方法，因此TI公司的DSP大多采用低电压供电方式。 从某些特定的程度上说，选择什么样的DSP就决定系统处于什么样的功耗层次。在实际应用中，电源系统直接决定了DSP能否在高性能低功耗的情况下工作，因此，一个稳定而可靠的电源系统是至关重要的。 TI公司最新推出的TPS6229X系列开关电源芯片有两种工作模式：

  2016 年5月10日，美国麻萨诸塞州安多弗讯 Vicor公司（NASDAQ股票交易代号：VICR）日前宣布推出其最新电源系统模块设计工具在线设计工具，为系统模块设计人员架构和优化使用Vicor电源组件设计方法及高性能电源组件的端对端电源系统带来了前所未有的高灵活性。 满足复杂的电源需求 复杂而又紧凑的电子科技类产品及系统已促进对更小、更高效、更低成本电源系统的需求。在力图推出最佳电源系统解决方案的过程中，电源设计人员不得不去分析令人困惑的拓朴、架构及产品。每一种替选设计方法都有必要进行性能计算、数据表搜索、人工仿真、热预测、布局与封装研究、材料清单(BOM)生成和成本分析。为了应对这一挑战，已开发出各种电源设计工具。然而，这些工具不允许分析整个

  目前世界各国正在研究48VDC汽车用电源系统，欧共体计划从2008年开始采用48VDC电源系统。如何在48VDC电源系统下兼容12VDC电子设备成为了一个课题。通过线VDC的转换会产生很大的功率损耗，缺点明显。 本文提出了一种具有过载和短路保护的车载电源系统的开关电源设计的具体方案。该方案采用单端反激式结构实现48VDC/12VDC的转换，输出电压稳定，波纹小，不间断，性能可靠且电源损耗小。 UC3842的保护电路设计 1 UC3842的典型应用 UC3842是高性能的单端输出式电流控制型脉宽调制（PWM）芯片，其典型应用电路如图1所示。 图1 UC3842典型应用电路 2 过载保护原理分析 当

  通常情况下，降压稳压器的设计针对的是连续模式工作，这就简化了输出电压计算及系统模块设计。然而，如果系统非同步，而且要求在轻载条件下工作，情况就变得更复杂了。在这些条件下，降压稳压器可能转而采用不连续模式工作。占空比从输出电压与输入电压之比(Vout/Vin)变为涉及电感值、输入电压、开关频率及输出电流的一项复杂函数。 正常工作 图1显示了系统上电时降压稳压器之降压控制器的浮动门驱动器输出驱动器段。参考电压Vref(此单独电源用于提升能效)为NFET门驱动器供电，直至二极管电压降低于参考电压，使驱动器能够完全工作。有足够的电压来驱动FET的门极(G)，因为初始条件规定输出为0V，因此FET(Q1)的源极(S)电压也为0V。

  概述 无线充电联盟 (WPC) Qi 标准的实施让各种终端应用拥有了无线充电功能。每一种应用的接收机 (Rx) 线圈的尺寸和/或功率要求可能会不同。要想实现一种成功、高效的 Qi 标准 Rx 设计，Rx 线圈是一个关键组件。另外，我们还有许多设计方法和平衡折中需要仔细考虑。因此，在实施某个解决方案时，设计人员一定谨慎选择方法，并且有条不紊地进行设计。本文将详细讨论实现一种成功的 Rx 线圈设计所要解决的一些技术问题。文章涉及基本变压器的 Qi 标准系统模型、Rx 线圈测量与系统级影响，以及检查某个设计能否成功运行的一些方法。我们假设，本文读者已掌握 Qi 标准电感式电源系统的基础知识。如欲了解背景资料，敬请参阅《参考文献 2》。

  设计一款符合 Qi 标准的接收机线圈 /

  的分析及仿真

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