プログラマブル・ロジック・コントローラ、トランスミッタ、オートメーション機械、ヒューマン・マシン・インターフェイスといったファクトリ・オートメーション機器の電源設計には多くの課題が伴います。 処理能力が向上する一方で、プリント基板（PCB）面積や全体的な機器のサイズは変わらない傾向にあります。 このような厳しいスペースの制約に対応するため、コンパクトでありながら、効率よく静かに動作する電源設計を目指す必要があり、もちろん、発熱やノイズも発生してはいけません。 これに加え、広い入力電圧レンジ、ソリューション・サイズの小型化、広い温度範囲で動作できる能力など、さまざまな産業用電源の要件もあります。 そのため、電源設計者は部品点数やコストを低減しながら、あまりデバッグを必要としない信頼性の高いソリューションを提供する必要があります。 こういったことから、信頼性の高い高集積デバイスを基に設計を行うことが最重要となります。
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60V、2A、ディスクリート・ソリューション |
60V、2A、パワー・モジュール・ソリューション |
図 1： 左側の画像は、60V、2A のディスクリート・ソリューションで、受動部品やインダクタはすべて設計者が選択したものです。 右側の画像はパワー・モジュールを使用した同等の設計です。 ほとんどの受動部品やインダクタがモジュールに内蔵されています。
集積度が最も高いパワー・モジュールでは、少なくとも受動部品、電界効果トランジスタ、インダクタがパッケージに内蔵されています（図 1）。 パワー・モジュールの利点は、インダクタの選択と評価を行う作業が不要であり、PCB レイアウトがシンプルになるほか、外部補償ネットワークを設計する必要がない点です。 SIMPLE SWITCHER® LMZ36002 などの広い入力電圧に対応したデバイスは、電源設計の課題に対応するための理想的なソリューションとなります。 SIMPLE SWITCHER LMZ36002 は、60V、2A の DC/DC コンバータと、シールド付きインダクタや受動部品が、低プロファイルのクワッド・フラット鉛フリー・パッケージに統合された高集積パワー・モジュールです。 高い電力密度に対して SIMPLE SWITCHER LMZ36002 は理想的で、クラス最小のソリューション・サイズを誇り、必要な外部コンポーネントがわずか 3 つであるほか、10mm x 10mm の小型のパッケージで提供されます。
WEBENCH® Power Designer を利用することで、LMZ36002 のカスタム設計を行うことができます（VIN = 10V ～ 60V と VOUT = 5V@2A のサンプル設計をご覧ください）。 他の仕様で設計を行うには、[Change Inputs] セクションに入力値を入力し、[Submit] をクリックしてください。 これにより、カスタマイズした設計を作成できます。 電気特性シミュレーションや熱特性シミュレーションを行って設計をさらに分析することができるほか、設計のプロトタイプを行う準備が整ったら、回路図とカスタマイズしたレイアウトを代表的な CAD 形式にエクスポートすることもできます。
設計を次なるレベルへ引き上げたい場合は、TI Designs のスペースが最適化された広範囲 VIN トリプル出力電源モジュール・リファレンス・デザインをご利用ください。このリファレンス・デザインは 24V のレールに電力を供給するほか、 3.3V、1.8V、および 1.2V の 3 つのポイント・オブ・ロード出力電圧を提供します（図 2）。 リファレンス・デザインには LMZ36002 広範囲 VIN パワー・モジュールと 2 つの LMZ20502 ナノ・モジュールを使用しています。 スペースに制限があるシステム向けにレイアウトが最適化されているほか、全体のソリューション・サイズは約 400mm2 です。
図 2： 左側の図は、スペースが最適化された TIDA-00783 リファレンス・デザインです。 右側の図は、3 つのモジュールを使用してどのように 24VIN がポイント・オブ・ロード電圧に降圧されているかを示すハイレベルのシステム・ブロック図です。
電源設計を行う方法は多数あります。 ただし、時間がかからない設計を作成する場合、スペースが限られている場合、または性能を低下させずに電力対スペース比が高い簡単なソリューションをお探しの場合は、モジュールが最適なソリューションとなるでしょう。
その他のリソース
- TI の SIMPLE SWITCHER パワー・モジュール・ソリューションの幅広いポートフォリオ（POL から広範囲 VIN まで）をご覧ください。
- TI の使いやすい SIMPLE SWITCHER 電源ソリューションをすべてご確認ください。
- ファクトリ・オートメーション・システムを完成および最適化するのに適した TI の幅広いアナログ製品や組込み型処理製品、リファレンス・デザイン、および技術リソースをご検討ください。
上記の記事は下記 URL より翻訳転載されました。
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