在现代生产线中，大量的传感器、执行器和 PLC 模块需要采用紧凑高效的电源。在本文中，您将进一步了解利用小型负载点 (POL) 稳压器为分布式处理模块供电的智能工厂自动化趋势。
得益于制造技术中自动化和数据交换的进步，智能工厂的愿景在许多行业已经成为现实。工厂里到处都是控制器、传感器、I/O 和执行器。控制器可能是可编程逻辑控制器（PLC，图 1）、电机/运动控制器或使用先进处理器和微控制器的分布式控制系统 (DCS)。传感器可以是数字的，也可以模拟的，用于接近度、视觉、重量或温度功能。执行器可以是机器人、阀门、电机、计算机数字控制 (CNC)、接触器和其他移动机构。输入和输出 (I/O) 可以是数字的，也可以模拟的，甚至是将传感器和执行器连接到控制器的通用 I/O。
图 1.可编程逻辑控制器模块。
图 2 显示了监控和控制单个制造过程的 PLC 或工业计算机。它包括处理器、I/O 模块、内存/编程和电源。24 V 现场总线通过反激式转换器降压至 5 V，逆向变换器是一种基于变压器的架构，可将 PLC 模块与恶劣的工业电气环境隔离。POL 稳压器将反激式输出转换为必要的 PLC 电压轨。PLC 和其他控制系统由 SCADA（数据采集与监视控制系统）等软件包协同工作，监控多个接口和外围设备。
图 2.可编程逻辑控制器模块。
PLC 接收来自工厂车间传感器的输入，在本地进行处理，然后驱动适当的执行器。当今的传感器、I/O 和执行器配备内部处理器，可以在本地做出简单的决策，而无需上报给控制器，从而提高吞吐量。除非需要考虑多个器件，否则甚至不需要 PLC。通过将所有设备生成的数据联网到云，可以利用人工智能的进步来实时运行分析，以确定要采取的行动。
挑战赛
处理器和连接接口在工厂车间的每个控制器、传感器、I/O 和执行中激增，这对系统硬件提出了新的要求：缩小组件尺寸，以便在同一机箱中安装更多电子设备；提高能效，在相同或更低的热预算内运行，以及提高电气/机械安全性和可靠性，减少停机时间。
采用一种为 PLC 供电的稳压器模块方法，其中电感器垂直安装在 IC 的顶部，可减少解决方案的 BOM 和尺寸，并提高可靠性和上市时间。稳压器模块的 POL 还必须有效减少热量产生，进一步提高系统可靠性。
在本设计解决方案中，我们回顾了为 PLC 供电的典型模块方法，并提出了一种新的解决方案，该解决方案具有成本效益以及效率和尺寸优势。
典型 POL 模块
典型同步 5VIN、1A 开关式稳压器模块的 PCB 布局如图 3 所示。电感器的封闭使尺寸减少到 16.6mm2。
图 3.开关式稳压器模块的典型解决方案净面积为 16.6mm2。
uSLIC POL 模块
图 4 中的 uSLICTM 模块支持高达 1A 的负载电流，并允许使用小型、低成本的输入和输出电容。模块尺寸缩小 (2.6mm x 2.1mm2 vs. 2.6 x 3mm2) 加上 BOM 降低（5 个组件 vs. 4 个组件，且尺寸更小巧）带来的是经济高效的解决方案，占用净面积为 11.8mm2，比典型解决方案小 29%。
图 4.使用 uSLIC POL 模块的改进解决方案净面积 11.8mm2。
输出电压可在 0.8 V 至 3.3 V 范围内调节。该模块可显著降低设计复杂性和制造风险，并提供真正的即插即用电源解决方案，从而缩短整体上市时间。
效率优势
图 5 比较了两种解决方案的效率。通用解决方案（红色曲线）在轻负载时能力欠缺，其中效率在轻负载时急剧下降，在满负载时低于 3% 点。
uSLIC 模块在整个工作范围内都具有高效率（绿色曲线），非常适合线路供电以及低功耗电池供电的应用。
图 5.uSLIC 模块与竞争产品的效率比较。
结论
智能工厂依赖于遍布工厂车间的大量传感器和执行器。信息由稳压器 POL 供电的 PLC 模块处理。POL 的模块化方法可减少系统 BOM，并改善可靠性和上市时间。在本设计解决方案中，我们回顾了一种典型的 POL，并将其与一种新颖的方法进行了比较，发现后者的模块更小、效率更高且更具成本效益。