工業自動化場景涵蓋分布式控制、現場傳感、人形機器人等多元應用,不同場景對電源的體積、功耗、可靠性、電壓適配性等要求各有不同,無論是PLC的小體積隔離供電、現場儀表的超低功耗續航,再到人形機器人的高可靠主電管理,電源方案的適配性均影響其系統的穩定性與運行效率。
工業自動化典型應用場景及電源需求
PLC(可編程邏輯控制器)與DCS(分布式控制系統)是工業自動化的核心控制單元,其I/O模塊常采用薄型設計,對電源方案的體積提出嚴苛要求。同時,系統包含多個信號通道與隔離域,需實現通道間、系統與現場側的電氣隔離,避免高壓串擾與電磁干擾影響控制精度。此外,這類系統通常長期連續運行,要求電源具備高可靠性、高效率,減少散熱壓力,適配工業級寬溫工作環境(-40℃~125℃)。
現場儀表及傳感設備
現場儀表(如壓力、溫度傳感器)與傳感設備多部署于工業現場,部分采用電池供電或環路供電(4mA~20mA),對待機功耗要求極低,以延長續航時間。這類設備體積通常小巧,限制了電源模塊的安裝空間,需采用高集成度方案。同時,工業現場電磁環境復雜,電源需具備低噪聲、低EMI特性,避免干擾傳感信號采集,且需適配寬輸入電壓范圍,應對現場供電波動。
人形機器人
人形機器人作為工業自動化的高端應用,對電源系統的可靠性、功率密度、多電壓適配性要求極高。主電管理需解決雙電池充放電路徑切換問題,保障供電連續性;運動關節與核心部件需穩定的中高壓轉低壓供電,要求電源具備高效率、低紋波特性;同時,機器人運行環境復雜,電源需支持熱插拔、具備故障保護功能,搭配功能安全芯片保障系統運行安全,部分場景還需Monitor/sequencer等器件實現電源時序控制。
ADI針對性解決方案
PLC、DCS分布式控制系統解決方案
ADI以無光耦隔離、高集成DC-DC與保護器件為核心,打造了小體積、高可靠的電源方案。其中,無光耦隔離方案憑借集成化設計大幅縮小體積,如LT8306搭配MAX17606組成的無光電耦合器反激電源,實現2500 Vrms隔離,相較于傳統光耦方案減少外部元件數量,適配slice I/O等薄型模塊。ADPL54203作為低成本無光耦隔離反激轉換器,集成60V DMOS功率開關,待機電流僅115μA,8引腳SO封裝進一步壓縮安裝空間。
隔離后的DC-DC方案適配高電壓、小電流場景,ADPL13602作為高效率的Buck轉換器,輸入電壓范圍3.5V~36V,輸出電流達2.4A,3mm×3mm小封裝滿足高密度部署需求;MAX15462集成內部補償、軟啟動等功能,無需外部肖特基二極管,4.5V~42V寬輸入適配工業供電波動,300mA輸出滿足控制模塊供電需求。
保護類器件完善系統可靠性,LT4256系列熱插拔控制器支持80V高壓輸入,避免模塊插拔時的電流沖擊;LTC4412理想二極管控制器實現電源路徑無縫切換,優先級切換控制器(如LTC4417)可按預設邏輯管理多電源輸入,保障分布式系統供電穩定。
現場儀表及傳感設備解決方案
聚焦超低功耗與小體積需求,ADI提供低Iq DC-DC與高集成LDO的組合方案。其中,低Iq DC-DC轉換器延長續航時間,MAX17550系列60V DC-DC轉換器靜態電流僅22μA,支持脈沖跳躍模式與突發模式,適配電池與環路供電場景;LT8618將靜態電流控制在2.5μA以下,可實現48V輸入到3.3V輸出的高效轉換,100mA輸出滿足低功耗傳感設備需求;MAX38643納安級超低功耗Buck轉換器靜態電流僅330nA,最大限度降低電池損耗。
高集成LDO與電荷泵優化供電性能,ADP162靜態電流僅560nA,輸出電流150mA,低噪聲特性避免干擾傳感信號;LTC3255故障保護型降壓電荷泵,50mA輸出能力適配小型傳感模塊,寬輸入范圍增強環境適應性。此外,LT8440作為工業首款APL現場設備電源調節器,集成限流、極性檢測功能,6V~36V寬輸入適配雙絞線供電,55mA最大電流滿足現場設備核心供電需求。
人形機器人解決方案
圍繞主電管理、電壓轉換等,ADI構建了全鏈路電源解決方案。主電管理保障高可靠性,LTC4372優先級電源路徑控制器支持雙電池冗余供電,可預設充放電優先級,實現無縫切換;LT4256系列熱插拔控制器支持最高80V輸入,避免機器人模塊更換時的電路沖擊,保障主電系統穩定。
電壓轉換適配多部件需求,LT8645S-2高壓大電流Buck轉換器支持3.4V~65V寬輸入,8A連續輸出電流,4MHz高開關頻率實現小體積設計,適配人形機器人功率需求;LTC7890雙相Buck控制器針對GaN FET優化,支持60V輸入、30V/5A輸出,專為GPU等核心部件供電,近零死區設計提升轉換效率,減少散熱壓力。
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原文標題:ADI“源”動力——工業自動化篇
文章出處:【微信號:analog_devices,微信公眾號:analog_devices】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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