ZHDU059A March   2026  – May 2026

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
  8. 2系统概述
    1. 2.1 设计注意事项
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1  AM2612
      2. 2.2.2  TIOL221
      3. 2.2.3  DP83826A
      4. 2.2.4  TPS274C65
      5. 2.2.5  LMK3C0105
      6. 2.2.6  LM74502
      7. 2.2.7  LMR51425
      8. 2.2.8  TPS62A03
      9. 2.2.9  TSM36CA
      10. 2.2.10 TVS3300
      11. 2.2.11 SN74HCS594
      12. 2.2.12 SN74HCS165
      13. 2.2.13 ESD204
      14. 2.2.14 ESD441
      15. 2.2.15 TPD2E2U06
      16. 2.2.16 TPS7A3701
      17. 2.2.17 MSP432E401
      18. 2.2.18 CSD18540Q5B
      19. 2.2.19 CSD18543Q3A
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 电源和保护
      1. 3.1.1 LM74502 输入保护
    2. 3.2 以太网
    3. 3.3 IO-Link HSS
    4. 3.4 用于 LED 和数字 IO 的移位寄存器
    5. 3.5 IO-Link 保护
    6. 3.6 CPU 和引导
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 软件要求
    3. 4.3 测试设置
    4. 4.4 测试结果
      1. 4.4.1  高侧开关 TPS274C65
      2. 4.4.2  TIOL221
      3. 4.4.3  输入保护和启动
      4. 4.4.4  EMC/EMI 合规性
      5. 4.4.5  CISPR 32 辐射发射
      6. 4.4.6  EN61000-6-3–传导发射
      7. 4.4.7  IEC 61000-4-2–接触放电 (ESD)
      8. 4.4.8  EN 61000-4-3 辐射抗扰度
      9. 4.4.9  IEC 61000-4-4 突发 / EFT
        1. 4.4.9.1 直流端口
        2. 4.4.9.2 以太网
        3. 4.4.9.3 IO-Link
        4. 4.4.9.4 总结
      10. 4.4.10 IEC 61000-4-5 浪涌
      11. 4.4.11 IEC 61000-4-6 传导抗扰度
    5. 4.5 以太网合规性
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
        1. 5.1.3.1 布局图
    2. 5.2 软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介
  13. 7修订历史记录

LM74502 输入保护

LM74502 驱动两个 FET,它们必须传递完整电流,具有 8 个端口,每个端口允许 L+ 电流为 1A,这将增加到 8A 以上。采用了 CSD18540Q5B 设计,并对 CSD18531Q5A 进行了测试,同时提供较低电流选项。

TIDA-011002 利用 LM74502 提供输入保护图 3-2 利用 LM74502 提供输入保护

LM74502 被编程为在电压至少为 18V 时打开系统,并在电压升高到 33V 以上时关闭系统。当电压高于 33V 时(例如在浪涌事件或严重过压期间),TVS 二极管会钳制到安全水平,以防止损坏 LM74502 和 FET。

为了实现平稳启动,FET 栅极上的压摆率受到限制。当压摆率受到限制时,FET 会在线性区域工作一段时间。确保在 SOA 内运行 FET。但是,在系统启动时不会消耗大量电流。启动时仅需要为电容器充电,开始时剩余的系统处于 100mA 范围内。高电流运行在 CPU 初始化高侧开关并导通输出之后开始。用户可控制此操作,并可延迟操作,直到 FET 完全导通。

选择的共模滤波电感器可使第一个直流/直流转换器开关频率实现良好的衰减。第一个直流/直流转换器在 500kHz 的 FPWM 模式下运行,共模电感器具有 26dB 的额定衰减。此外,共模滤波器需要能够处理最大电流。最大额定电流为 10A 时,所选电感器非常适合该应用。

TIDA-011002 CMC 滤波器 7448031002 的衰减图 3-3 CMC 滤波器 7448031002 的衰减

通过将电容器也放置在共模滤波器的输入侧,差分漏电感有助于构建差模滤波器。图 4-46 和图 4-47 所示的滤波满足要求。

TIDA-011002 输入保护的布局图 3-4 输入保护的布局

图 3-4 展示了 LM74502 和输入滤波器器件的布局。共有两个并联电源连接器,以便于使用。其中一个连接器是桶形插孔,因为有许多壁式插头适配器可供使用。无需特殊电源,因此在开发过程中使用连接器很容易。桶形插孔限制为 5A,因此放置了第二个可以处理更大电流的连接器。测试期间可以使用这两个连接器。

当进入共模电感器的连接器侧时,PCB 的平面与电感器的一半交叉,没有平面与电感器重叠。此设计更大限度地减少了内部平面和直流连接器之间的任何寄生电容,以防止 GND 或其他平面上的 HF 噪声绕过滤波器。

TIDA-011002 具有 LMR51425 和 TPS62A03 的电源图 3-5 具有 LMR51425 和 TPS62A03 的电源

原理图显示了两个直流/直流稳压器。在 FPWM 模式下以 500kHz 运行的 LMR51425 用于将 24V 直接降到 3.3V。该设计在反馈路径中包括一个前馈网络,可使电流阶跃响应更快一些。

选择的电容器尺寸为 1206 及 1210。该设计使用多个电容器,以使降额电容满足设计的电容需求。由于电源正常信号(开漏)用于电源时序控制并启用 1.25V 转换器 TPS62A03,因此该设计需要一个上拉电阻器才能按预期工作。

输入和输出通过 0Ω 电阻器连接到系统以断开连接,从而可以将直流/直流转换器与系统断开并单独进行测试,并且如果需要带有铁氧体磁珠的附加滤波器,也可以提供空间。

TIDA-011002 LMR51425 布局图 3-6 LMR51425 布局

图 3-6 展示了 LMR51425 直流/直流稳压器的布局。输入和输出端的电容器彼此相邻放置,并靠近直流/直流的输入引脚和电感器的输出侧。电容器及电感器的尺寸有助于使电流环路保持非常小的尺寸。PCB 两侧都有电容器,它们通过多个过孔相互连接。平面被绘制和连接,使得输入和输出侧的电流必须通过电容器。电感器在 IC 侧有一个绕组开端,因此噪声部分很小,并且绕组有助于屏蔽开关噪声。这些功能可降低直流/直流转换器的辐射 EMI。

TPS62A03 为 CPU 内核供电,因此必须满足严格的负载阶跃容差要求。1.25V 电源轨可接受 1.188V 至 1.32V,并且峰值电流为 1.5A。此处选择的 TPS62A03 型号在 FPWM 模式下运行,因为 FPWM 模式对于负载瞬态具有更好的表现。直流/直流转换器处(尤其是 CPU 处)的滤波电容器有助于保持在限制范围内。使用此器件进行的预测试表明电源轨保持在给定限制范围内。

当 3.3V 电源轨稳定且电源正常状态释放时,TPS62A03 会启用。TPS62A03 的电源正常状态指示会让 CPU 解除复位状态。

TIDA-011002 TPS62A03 布局图 3-7 TPS62A03 布局

该布局遵循与任何开关稳压器一样的规则。在此设计中,电感器放置在底部,电容器位于顶部,因此电流环路的尺寸很小。