工业4.0的10大电源管理IC介绍

工业部门正在走向完全数字化，电源管理在工业向智能工厂和工业物联网 (IIoT) 的转型中发挥着重要作用。工业 4.0 不仅推动新技术和智能产品，还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。

随着工业部门的发展，能源管理必须应对设计挑战，物联网、数据分析和云计算的融合导致新的复杂和互联的工业系统和生态系统，类似于电动汽车和自动驾驶汽车的发展。CO 2减少、成本挑战和不断发展的监管框架等环境因素使高效能源管理成为该行业的重要组成部分。

从 2016 年到 2022 年，电源管理 IC 市场预计将以 6.13% 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，例如如网络、电信、汽车和消费电子产品。PMIC 提供各种集成选项，例如保护、系统控制、电池管理、音频功能和其他特定应用规范。

以下是来自领先供应商的 10 款产品，它们提供工业 4.0 细分市场所需的效率和灵活性，包括智能工厂、智能制造和 IIoT。

Maxim Integrated Products Inc., MAX20075 降压转换器

Maxim Integrated 在满足各种工业领域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，这些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 功率 IC 的关键特性。

图 1：Maxim 的 MAX20075。（图片：美信集成）

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，在空载时具有 3.5 μA 的超低静态电流。MAX20075 为始终开启的应用提供 91% 的高峰值效率，并具有 40 V 的过载容限（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，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频率调制，以最大限度地减少调制频率导致的 EMI 辐射。

Texas Instruments Inc.、TPS62840 和 TPS650250 PMIC

德州仪器 (TI) 通过一系列适用于任何应用的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。

TPS62840 是一款同步降压转换器，其特点是具有低静态电流 (I Q )，通常为 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。

图 2：TPS62840 的框图。（图片：德州仪器公司）

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、Intel 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，旨在在基于处理器的系统中提供网络电压、外围设备、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。

TPS650250 器件集成了两个 200mA 通用 LDO 稳压器。两个 LDO 均在 1.5 V 至 6.5 V 的输入电压范围内工作。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，一个 30mA LDO 通常用于为始终开启的电源轨供电。

罗姆半导体，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 系列包括支持广泛输入电压和高效率输出电压的产品。

BD71847AMWV是 ROHM 的 PMIC 产品组合的最新成员 ，专为 NXP 的 i.MX 处理器而设计。除了具有 95% 效率的业界最佳 DC/DC 转换器外，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 晶体驱动器和输出时钟、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。（图片：罗姆半导体）

ROHM 的高效降压型开关稳压器BD9106FVM-LB旨在产生低电压，包括从 5V 电源线产生 1V 的电压。它采用电流模式控制系统对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 的输入电压生成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 的降压控制器提供一个 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调整最小输出电压 0.8 V，可配置输出高达 4 A。 

图 4：LTC3372 的框图。（图片：模拟设备公司）

此外，ADI 还提供 Linear 的一系列 µModule Power 产品，其中包括LTM4700模块，该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。高度集成的组件封装包括存储器、数据转换电路和数字接口。

Microchip Technology Inc.，MCP19122/3 降压控制器

Microchip Technology 拥有快速扩展的 DC/DC 控制器产品组合，适用于移动和工业设备市场。数字增强型功率模拟 (DEPA) 控制器代表了同类产品中的最佳产品，旨在以小尺寸提供高效率。

DEPA MCP19122和MCP19123降压控制器可以接受高达 42 V 的高压输入，并同时调整 0.3 V 至 16 V 的宽输出电压范围，无需外部组件或驱动器。多个并行输出为高功率应用提供系统冗余。MCP19122/3 适用于高性能智能电源应用。

图 5：MCP19122/3 的框图。（图片：Microchip Technology Inc.）

集成的 PIC 微控制器可以动态调整工作频率、过压和欠压阻断阈值、电流限制和软启动，以及对输出电压、输出电流和最大占空比进行编程。该器件提高了在更大系统中的集成度，可以与外部参考时钟和电压同步，或者将其时钟和内部参考提供给其他器件进行同步。在服务器或通信设备中，这允许在不中断的情况下进行增强，并通过电路板准确跟踪能耗。

ST微电子，S​​T1PS01 DC/DC转换器

ST Microelectronics 的ST1PS01 DC/DC 转换器试图克服外形尺寸和能效之间的权衡。该转换器采用倒装芯片封装 (1.14 x 144 mm)，可提供高达 400 mA 的输出电流，输入电压介于 1.8 V 和 5 V 之间。得益于增强的峰值电流控制 (PCC) 和先进的设计电路，ST1PS01 将静态电流降至最低，仅使用一个 2.2 µH 电感器和两个小电容器即可实现非常高效的转换。

图 6：ST1PS01 的应用示意图。（图片：意法半导体）

NXP Semiconductors，MMPF0200 可配置 PMIC

NXP Semiconductors提供 PMIC 解决方案以支持各种工业应用。这些 PMIC 的关键特性是它们在编程方面的灵活性和高集成度和效率。PMIC 可用于各种设备，以延长电池寿命并减少能量消耗，同时消除许多外部组件。精确的电源排序和低压差电压等高级功能可确保优化能耗。

图 7：MMPF0200 的框图。（图片：恩智浦半导体）

采用 SMARTMOS 技术的MMPF0200  提供了可配置和可编程的架构。MMPF0200 可以通过四个降压转换器、一个升压稳压器、六个线性稳压器和一个按钮充电器为完整的工业系统供电。该设备特别适用于 i.MX 6 系列设备的 i.MX 6SoloLite、i.MX 6Solo 和 i.MX 6DualLite 版本。

结论

电力管理旨在优化生产成本、减少 CO 2排放并确保安全可靠的供应。在工业 4.0 环境中，灵活的生产能力和能源效率需要灵活的集成系统。

能源管理的关键是使用高效的 DC/DC 解决方案，确保处理器尽可能处于低功耗待机模式，并将无线通信降至最低。此外，选择正确的有源和无源元件将显着有助于降低各种工业子系统中使用的传感器节点的能量分布。

　　审核编辑：汤梓红