工業部門正在走向完全數字化，電源管理在工業向智能工廠和工業物聯網 (IIoT) 的轉型中發揮著重要作用。工業 4.0 不僅推動新技術和智能產品，還通過無線節點等移動解決方案以新的商業模式擴展生產領域。

隨著工業部門的發展，能源管理必須應對設計挑戰，物聯網、數據分析和云計算的融合導致新的復雜和互聯的工業系統和生態系統，類似于電動汽車和自動駕駛汽車的發展。CO 2減少、成本挑戰和不斷發展的監管框架等環境因素使高效能源管理成為該行業的重要組成部分。

從 2016 年到 2022 年，電源管理 IC 市場預計將以 6.13% 的復合年增長率 (CAGR) 增長。電源管理 IC (PMIC) 為廣泛的應用類別提供高度集成的高性能架構，例如如網絡、電信、汽車和消費電子產品。PMIC 提供各種集成選項，例如保護、系統控制、電池管理、音頻功能和其他特定應用規范。

以下是來自領先供應商的 10 款產品，它們提供工業 4.0 細分市場所需的效率和靈活性，包括智能工廠、智能制造和 IIoT。

Maxim Integrated Products Inc., MAX20075 降壓轉換器

Maxim Integrated 在滿足各種工業領域的電源要求方面擁有豐富的經驗。這些解決方案可以管理不同的基于電池的應用，這些應用可用于物聯網網絡的傳感解決方案。緊湊的尺寸、高工作效率、低靜態電流和減少電磁干擾 (EMI) 是 Maxim 功率 IC 的關鍵特性。

圖 1：Maxim 的 MAX20075。（圖片：美信集成）

一個例子是MAX20075，這是一款具有低靜態電流的同步降壓轉換器。該器件在輕負載時自動進入跳躍模式，在空載時具有 3.5 μA 的超低靜態電流。MAX20075 為始終開啟的應用提供 91% 的高峰值效率，并具有 40 V 的過載容限（圖 1）。該器件可用于各種工業應用以及汽車應用。它提供兩個固定的 5V 和 3.3V 輸出電壓。頻率在內部設置為 2.1 MHz，允許使用小型外部組件、減少輸出紋波和衰減 AM 干擾。該器件提供引腳啟用的擴頻頻率調制，以最大限度地減少調制頻率導致的 EMI 輻射。

Texas Instruments Inc.、TPS62840 和 TPS650250 PMIC

德州儀器 (TI) 通過一系列適用于任何應用的解決方案來應對電源管理挑戰，從汽車到基于氮化鎵 (GaN) 的高壓設計。操作參數的組合允許創建創新的解決方案。

TPS62840?是一款同步降壓轉換器，其特點是具有低靜態電流 (I Q )，通常為 60 nA。這種開關穩壓器可以延長電池供電的工業和消費類應用的電池壽命，例如物聯網領域、網絡基礎設施和可穿戴設備。

圖 2：TPS62840 的框圖。（圖片：德州儀器公司）

TI PMIC 為家庭和工廠自動化、人機界面和其他工業應用中的 Sitara、NXP i.MX、Intel Apollo Lake/Skylake 和 Xilinx/Altera FPGA 等處理器提供工業系統電源解決方案。基于控制器的 PMIC 也可用于通過各種封裝解決方案解決熱問題。

一種解決方案是TPS650250集成 PMIC，它適用于需要多個電源軌的應用。它提供三個高效降壓轉換器，旨在在基于處理器的系統中提供網絡電壓、外圍設備、I/O 和內存總線。由 MODE 引腳控制的所有三個降壓轉換器在輕負載時進入低功耗模式以獲得最大效率，或者以固定強制頻率在 PWM 模式下運行。

TPS650250 器件集成了兩個 200mA 通用 LDO 穩壓器。兩個 LDO 均在 1.5 V 至 6.5 V 的輸入電壓范圍內工作。所有電源軌的輸出電壓均可通過外部電阻分壓器設置并通過輸入引腳啟用。此外，一個 30mA LDO 通常用于為始終開啟的電源軌供電。

羅姆半導體，BD71847AMWV PMIC

目前使用的大多數工業設備都在 24 V 至 72 V 之間的高壓下運行，這與電子電路所需的 3.3 V 至 12 V 不兼容。ROHM 的工業 DC/DC 系列包括支持廣泛輸入電壓和高效率輸出電壓的產品。

BD71847AMWV是 ROHM 的 PMIC 產品組合的最新成員?，專為 NXP 的 i.MX 處理器而設計。除了具有 95% 效率的業界最佳 DC/DC 轉換器外，ROHM 的 PMIC 還具有用于靈活電源控制和管理的可編程序列器、用于 i.MX 8M Mini 的硬件控制接口、睡眠時鐘緩沖器和保護功能。PMIC 集成了六個 DC/DC 降壓轉換器、六個 LDO 穩壓器、一個用于 SDXC 卡的 1.8-V/3.3-V 電源開關、32-kHz 晶體驅動器和輸出時鐘、保護和監控電路，以及一個可編程定序器和電源狀態的控制邏輯。

圖 3：BD1847AMWV 的系統功率圖和典型應用電路。（圖片：羅姆半導體）

ROHM 的高效降壓型開關穩壓器BD9106FVM-LB旨在產生低電壓，包括從 5V 電源線產生 1V 的電壓。它采用電流模式控制系統對負載的突然變化提供更快的瞬態響應。

Analog Devices Inc.，LTC3372 控制器和 LTM4700 穩壓器模塊

Analog Devices Inc. (ADI)的LTC3372是一款高度集成的電源管理解決方案，適用于需要由高達 60V 的輸入電壓生成多個低壓輸出的系統。該器件提供一個 60V 同步降壓開關控制器和四個可配置同步降壓穩壓??器。LTC3372 的降壓控制器提供一個 4.5V 至 60V 的輸入范圍，并驅動一個 N 溝道 MOSFET 功率級。每個降壓通道都可以通過編程調整最小輸出電壓 0.8 V，可配置輸出高達 4 A。?

圖 4：LTC3372 的框圖。（圖片：模擬設備公司）

此外，ADI 還提供 Linear 的一系列 μModule Power 產品，其中包括LTM4700模塊，該模塊可提高數據中心服務器的密度，同時將對系統尺寸和冷卻成本的影響降至最低。高度集成的組件封裝包括存儲器、數據轉換電路和數字接口。

Microchip Technology Inc.，MCP19122/3 降壓控制器

Microchip Technology 擁有快速擴展的 DC/DC 控制器產品組合，適用于移動和工業設備市場。數字增強型功率模擬 (DEPA) 控制器代表了同類產品中的最佳產品，旨在以小尺寸提供高效率。

DEPA MCP19122和MCP19123降壓控制器可以接受高達 42 V 的高壓輸入，并同時調整 0.3 V 至 16 V 的寬輸出電壓范圍，無需外部組件或驅動器。多個并行輸出為高功率應用提供系統冗余。MCP19122/3 適用于高性能智能電源應用。

圖 5：MCP19122/3 的框圖。（圖片：Microchip Technology Inc.）

集成的 PIC 微控制器可以動態調整工作頻率、過壓和欠壓阻斷閾值、電流限制和軟啟動，以及對輸出電壓、輸出電流和最大占空比進行編程。該器件提高了在更大系統中的集成度，可以與外部參考時鐘和電壓同步，或者將其時鐘和內部參考提供給其他器件進行同步。在服務器或通信設備中，這允許在不中斷的情況下進行增強，并通過電路板準確跟蹤能耗。

ST微電子，S??T1PS01 DC/DC轉換器

ST Microelectronics 的ST1PS01 DC/DC 轉換器試圖克服外形尺寸和能效之間的權衡。該轉換器采用倒裝芯片封裝 (1.14 x 144 mm)，可提供高達 400 mA 的輸出電流，輸入電壓介于 1.8 V 和 5 V 之間。得益于增強的峰值電流控制 (PCC) 和先進的設計電路，ST1PS01 將靜態電流降至最低，僅使用一個 2.2 μH 電感器和兩個小電容器即可實現非常高效的轉換。

圖 6：ST1PS01 的應用示意圖。（圖片：意法半導體）

NXP Semiconductors，MMPF0200 可配置 PMIC

NXP Semiconductors提供 PMIC 解決方案以支持各種工業應用。這些 PMIC 的關鍵特性是它們在編程方面的靈活性和高集成度和效率。PMIC 可用于各種設備，以延長電池壽命并減少能量消耗，同時消除許多外部組件。精確的電源排序和低壓差電壓等高級功能可確保優化能耗。

圖 7：MMPF0200 的框圖。（圖片：恩智浦半導體）

采用 SMARTMOS 技術的MMPF0200 ?提供了可配置和可編程的架構。MMPF0200 可以通過四個降壓轉換器、一個升壓穩壓器、六個線性穩壓器和一個按鈕充電器為完整的工業系統供電。該設備特別適用于 i.MX 6 系列設備的 i.MX 6SoloLite、i.MX 6Solo 和 i.MX 6DualLite 版本。

結論

電力管理旨在優化生產成本、減少 CO 2排放并確保安全可靠的供應。在工業 4.0 環境中，靈活的生產能力和能源效率需要靈活的集成系統。

能源管理的關鍵是使用高效的 DC/DC 解決方案，確保處理器盡可能處于低功耗待機模式，并將無線通信降至最低。此外，選擇正確的有源和無源元件將顯著有助于降低各種工業子系統中使用的傳感器節點的能量分布。

　　審核編輯：湯梓紅