3 热限制与功率预算

PLC 在恶劣的工厂环境中运行，因而会封闭在机柜中，这会导致空气流量受限或空气不流动。由于存在灰尘、腐蚀性元素或其他材料方面的限制因素，在许多情况下冷却风扇是禁用的。集成电路在运行时会散热，特别是电源管理器件，因此必须选择高效的电源解决方案，以最大限度地减少产生的热量。如果系统承受过度的热应力，会降低长期可靠性。热量还会影响任何模拟感应电路的精度。为 PLC 提供的 24V 电源产生的功率很可能受到限制，而减少负载点电源解决方案的功率耗散会增加模块的功率预算，使 PLC 在市场中脱颖而出。增加的可用功率可提高微处理器的时钟速率、数据转换器的精度或内存，从而改善 PLC 的性能，提高竞争力。恶劣的工厂环境中可能会出现极端环境温度，因此，按照最低和最高结温（而不是环境温度）来指定和评价直流/直流转换器会更适用。许多直流/直流转换器的额定最大结温为 150°C，可提供更大的热余量。在降压转换器的参数搜索引擎中，可得到工作温度范围参数，从而更方便地选择支持较高工作温度的产品。

直流/直流转换器在峰值效率下运行，是最大限度地减少直流/直流转换器中功率 MOSFET 导通和开关损耗的有效方法。表 3-1 展示了 2A TPS54218 设计降至 0.5A 时的效率，与其作对比的是使用 Webench® 的 0.5A TPS62231。很明显，TPS62231 有更小的 MOSFET，可实现更小的封装尺寸，而且更高的频率支持更小的无源器件，进而可实现更小的解决方案尺寸。但 TPS54218 节省了 140mW 的电能，可最大限度地提高效率，并改善空气流量有限或功率预算受限应用的热性能。TPS54218 的效率可进一步优化，如图 3-1 中所示。在曲线的拐点，也就是 0.5A 附近，峰值效率约为 93%，这是开关损耗和导通损耗之间的最佳点。

图 3-1 TPS54218 的效率曲线