介紹
工業自動化系統正在經歷一場革命，以減少延遲和停機時間。這項被稱為工業4.0的工作將在工廠內部增加更多的智能，從HMI面板和控制器到通信模塊、執行器和傳感器。
這場革命與網絡革命類似，網絡革命的智能從核心路由器增加到地鐵、邊緣，一直到最后一英里。通過將工廠處理智能分發到邊緣（通過傳感器和通信模塊），可以更快地做出常規問題的決策，而不需要涉及主處理器（位于PLC中）。額外的智能必須在工廠車間使用相同或更少的空間，要求在更小的形式因素下增加產品的功能。
這種縮小的PCB尺寸強調了散熱性。熱管理選項，如散熱器，被排除，因為板空間是溢價的。強制氣流的風扇不能使用，因為密封的外殼可以防止灰塵和污染物進入。因此，電源解決方案必須非常高效，同時提供更高的電力和占用更小的區域。在這個電源設計解決方案中，我們將考慮到這些需求，同時我們審查20W-30W電源的可用選項，比較性能，并確定最佳解決方案。

解決耗消耗問題
工業應用的特點是一個24V標稱直流電壓總線，在舊的模擬繼電器中有其歷史，并且仍然是事實上的工業標準。然而，對于非關鍵設備，工業應用的最大工作電壓預計為36V-40V，而關鍵設備，如控制器、執行器和安全模塊，必須支持60V（IEC61131-2、60664-1和61508SIL標準）。流行的輸出電壓是3.3V和5V，電流在小型傳感器中的10mA到運動控制、CNC和PLC應用中的10s安培不等。因此，顯而易見的選擇是什么。

控制應用是一種降壓（降壓）電壓調壓器。
HMI面板：人機界面顯示面板，通常包含驅動控制按鈕，可編程邏輯控制器（PLC）、分布式控制系統（DCS）、計算機數控（CNC）
通信模塊：數字和模擬I/O模塊，使用程序線、控制器、設備網、設備網、SercosIII、I/O鏈路、以太網等標準。
執行器：電機，驅動器，運動控制，機器人傳感器：壓力，溫度，接近，光，和各種其他傳感器。

最常見的降壓架構是非同步降壓轉換器，因為半導體制造商很容易為高壓設計非同步降壓調節器。在這種結構中，低側整流二極管是在集成電路的外部。
對于24V輸入和5V輸出，降壓轉換器的工作占空比約為20%。這意味著內部高側晶體管（圖1中的T）只傳導20%的時間。外部整流二極管(D)傳導剩余80%的時間，占功耗的大部分。
例如，在4A負載下，肖特基整流二極管，如B560C，顯示出約0.64V的電壓降。因此，在80%占空比時，傳導損耗（滿載時的主要損耗）近似等于（0.64V）×（4A）×（0.80）=2W。
另一方面，如果我們使用一個同步架構（圖2），那么二極管將被一個作為同步整流器的低側MOSFET所取代。我們可以權衡通過二極管的0.64V的下降與通過MOSFET晶體管的T2上電阻，R的下降ds（開啟）.

圖1。非同步降壓轉換器

在我們的例子中，MOSFETRJK0651DPB有一個Rds（開啟）只有11mΩ，與一個包的大小類似于肖特基整流器。這導致相應的電壓降僅為（11mΩ）×（4A）=44mV，而功率損失僅為（0.044V）×（4A）×（0.80）=141mW。

MOSFET的功率損失大約比滿負荷時的肖特基功率損失小14倍！顯然，最小化功耗的邏輯方法是使用同步整流。

圖2。同步降壓轉換器

為了最小化電源電路的整體尺寸，較新的同步整流集成電路應包括對任何頻率和輸出電壓的內部補償，而不需要一個大的輸出電容器。它們還應該在高頻下工作，以允許使用小型電感器和電容器

圖3。MAX1753624VIN/5VOUT，4A同步整流降壓轉換器的典型應用電路

MAX17536與。一個基于已發布的規范的非同步解決方案如圖4所示。對于這兩種設備，測試條件分別為24V輸入和5V，4A輸出。正如預期的那樣，Maxim的同步解決方案在整個負載電流范圍內表現出更高的效率。在滿載（4A）下，Maxim的同步解決方案的效率在92%以上，而非同步設備的效率只有86%左右，效率差異在6%以上。

圖4。同步與非同步降壓轉換器的效率

結論

在工業應用中面臨的功耗挑戰時，使用MAX17536提出了一種在高輸入電壓下采用同步整流的解決方案。同步解決方案顯示了一個明顯的效率優勢，減輕了功耗方面的挑戰。

審核編輯黃昊宇