3 熱限制與功率預(yù)算

PLC 在惡劣的工廠環(huán)境中運行，因而會封閉在機柜中，這會導(dǎo)致空氣流量受限或空氣不流動。由于存在灰塵、腐蝕性元素或其他材料方面的限制因素，在許多情況下冷卻風扇是禁用的。集成電路在運行時會散熱，特別是電源管理器件，因此必須選擇高效的電源解決方案，以最大限度地減少產(chǎn)生的熱量。如果系統(tǒng)承受過度的熱應(yīng)力，會降低長期可靠性。熱量還會影響任何模擬感應(yīng)電路的精度。為 PLC 提供的 24V 電源產(chǎn)生的功率很可能受到限制，而減少負載點電源解決方案的功率耗散會增加模塊的功率預(yù)算，使 PLC 在市場中脫穎而出。增加的可用功率可提高微處理器的時鐘速率、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的精度或內(nèi)存，從而改善 PLC 的性能，提高競爭力。惡劣的工廠環(huán)境中可能會出現(xiàn)極端環(huán)境溫度，因此，按照最低和最高結(jié)溫（而不是環(huán)境溫度）來指定和評價直流/直流轉(zhuǎn)換器會更適用。許多直流/直流轉(zhuǎn)換器的額定最大結(jié)溫為 150°C，可提供更大的熱余量。在降壓轉(zhuǎn)換器的參數(shù)搜索引擎中，可得到工作溫度范圍參數(shù)，從而更方便地選擇支持較高工作溫度的產(chǎn)品。

直流/直流轉(zhuǎn)換器在峰值效率下運行，是最大限度地減少直流/直流轉(zhuǎn)換器中功率 MOSFET 導(dǎo)通和開關(guān)損耗的有效方法。表 3-1 展示了 2A TPS54218 設(shè)計降至 0.5A 時的效率，與其作對比的是使用 Webench? 的 0.5A TPS62231。很明顯，TPS62231 有更小的 MOSFET，可實現(xiàn)更小的封裝尺寸，而且更高的頻率支持更小的無源器件，進而可實現(xiàn)更小的解決方案尺寸。但 TPS54218 節(jié)省了 140mW 的電能，可最大限度地提高效率，并改善空氣流量有限或功率預(yù)算受限應(yīng)用的熱性能。TPS54218 的效率可進一步優(yōu)化，如圖 3-1 中所示。在曲線的拐點，也就是 0.5A 附近，峰值效率約為 93%，這是開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗之間的最佳點。

圖 3-1 TPS54218 的效率曲線