如何高效为微型工业传感器供电

在当今日益自动化和电气苛刻的工业环境中，传感器随处可见。它们变得越来越复杂，但也越来越小。它们的复杂性要求板载开关稳压器更有效地提供电源，从而最大限度地减少热量产生。然而，挑战仍然存在：当这些微型传感器在高压工业环境中运行时，如何安全地为它们提供低压电源？您如何做到这一点，同时保持较小的解决方案尺寸并最大限度地提高效率？

安全供电

传感器“盒”包括一个前端收发器，用于处理数据并将电源路由到降压转换器，该转换器为 ASIC/微控制器/FPGA 和传感元件提供适当的电压。传感器通常由 24V 直流电源 （V总线).图2显示了电源路径。

图2.传感器电源系统

在电源管理方面，工厂车间可能非常具有挑战性。高压瞬变比比皆是，因为这些环境中的电缆很长，电磁干扰很强。因此，传感器内部的降压转换器必须承受远高于传感器工作电压的电压瞬变。

典型的传感器电源管理解决方案利用瞬态电压抑制器 （TVS） 来限制输入电压 （V抄送）的前端降压转换器。相关的输入电流峰值由电阻R减小P，电压瞬变源之间的电路径中的寄生或物理元件（V总线） 和传感器。

为了说明我们的观点，让我们考虑从 LittelfuseTM 目录中选择一个 TVS。图3显示了TVS的一般特性。

图3.TVS V-I在传感器电源系统中的特性

TVS器件为开路，直到其两端的电压达到VBR.此时，它开始传导电流，同时其电压略微上升至其最大钳位电压VC，对应于最大允许峰值脉冲电流 I聚丙烯.产品五Cx I聚丙烯是 TVS 可以处理的最大峰值功率（此 TVS 系列为 400W）。

为了有效保护，TVS VBR必须选择高于 V恒流（最大）而VC必须低于开关稳压器的输入电压击穿。

理想情况下，对于额定电压为 60V 的降压转换器，最小 V 的 SMAJ33ABR可以使用33V（和钳位电压VC53.3V，远低于60V）。这提供了高于V的6.6V的工作裕量总线（最大）和低于 6V 的 7.60V（图 4）。

图4.理想的电视机选择

现在，让我们考虑一种解决空间限制的独特新方法：将电感垂直集成在IC顶部。MAXM15064喜马拉雅uSLIC模块工作在-40°C至+125°C的宽温度范围内，采用扁平、紧凑、10引脚、2.6mm x 3mm x 1.5mm封装。

图6显示了使用300mA、60V降压转换器模块实现的大幅减小尺寸。电感器的垂直集成使净元件面积仅为21mm2.

图6.电感在MAXM15064喜马拉雅uSLIC模块中的垂直集成可实现大幅减小尺寸。

总结

工业 4.0 技术正在为工厂和其他工业环境注入以更少的人为干预做更多事情的能力。智能传感器在这方面发挥着关键作用，但它们也带来了独特的电源管理挑战。uSLIC 电源模块是一款小巧、高效、低 EMI 的降压转换器，非常适合为微型传感器供电，使工业应用栩栩如生。

审核编辑：郭婷