产机传感器(12V/24V电源)

以FA为首,许多工业设备中使用了传感器设备和传感器内置器件、装置。由传感器、MCU等逻辑电路及有线/无线通信构成,要求小型、高可靠性。FA的各种单元/模块、大楼/办公室/家庭自动化和安全设备是同样的构成。

在此对包括工业设备IoT化,介绍针对小型化的解决方案。

※对电池工作的产机传感器的解决方案,请参阅IoT器件

框图 要求項目 推荐产品 特征
降压
初级:用于 12 or
24V → 次级

所需规格
输入电压: ~18V
输出电压: 3.3 或 5V
输出电流: 500mA

其他

  • 小型/高散热
  • 即使输入电压降至输出电压以下,也尽力保持高输出电压
XCL225 / XCL226 (XC9263 / XC9264)

线圈一体型降压DC/DC,PWM(XCL225),PWM / PFM(XCL226)

  • 线圈内置节省空间,高效率且高散热
  • Pch SW的占空比= 100%,可对应低输入电压
  • 线圈外置,工作频率数(fosc)500k/1.2M/2.2MHz,可选择XC9263(PWM)和XC9264(PWM / PFM)

输入电压: 3~18V
输出电压: 1V~15V(外部电阻设定)
输出电流: 500mA
fosc: 1.2MHz
最大占空比: 100%(Pch SW)
软启动:外部调整
Power Good功能

所需规格
输入电压: ~36V
输出电压: 3.3 或 5V
输出电流: 500mA

其他

  • 小型/高散热
  • 即使输入电压降至输出电压以下,也尽力保持高输出电压
XCL230 / XCL231 (XC9267 / XC9268)

线圈一体型降压DC/DC,PWM(XCL230),PWM / PFM(XCL231)

  • 线圈内置节省空间,高效率和高散热
  • Pch SW的占空比= 100%,可对应低输入电压
  • 线圈外置,工作频率数(fosc)1.2M/2.2MHz,可选择XC9267(PWM)和XC9268(PWM / PFM)

输入电压: 3~36V(46V额定值≤400ms)
输出电压: 1V~5V(外部电阻设定)
输出电流: 600mA
fosc: 1.2MHz
最大占空比: 100% (Pch SW)
软启动:外部调整
Power Good 功能

降压
用于MCU

所需规格
输出电压: 3.0V
输出电流: 100mA

其他

  • 高效率
  • 低噪声
XCL222

线圈一体型降压DC/DC HiSAT-COT PWM/PFM

  • 低纹波和内置线圈的低EMI,使其成为防止通讯/传感器干扰的理想选择
  • HiSAT-COT控制实现高速瞬态响应

输入电压: 2.5~5.5V
输出电压: 0.8V~3.6V
输出电流: 500mA
fosc: 1.2MHz

XC9258 (XC9282)

超小型HiSAT-COT降压DC/DC,PWM/PFM

  • HiSAT-COT控制实现高速瞬态响应
  • 1.2MHz轻载效率高,6MHz瞬态响应并且低纹波
  • SOT-25封装,适用于对引线端子封装有限制的的工业机械应用

输入电压: 2.5~5.5V
输出电压: 0.8V~3.6V
输出电流: 1A
fosc: 1.2MHz, 6.0MHz

降压 / LDO
用于传感器

所需规格
输出电压: 3.0V
输出电流: 100mA

其他

  • 通过MCU进行ON/OFF控制
  • 低噪声
XC9281 / XC9282

超小型DC/DC HiSAT-COT降压,PWM(XC9281),PWM/PFM(XC9282)

  • 世界最小级别解决方案(3.52mm2
  • 通过HiSAT-COT控制实现高速瞬态响应
  • 高工作频率和低纹波,非常适合传感器

输入电压: 2.5~5.5V
输出电压: 1.2V~3.6V
输出电流: 600mA
fosc: 4.0MHz, 6.0MHz

XCL221 / XCL222

线圈一体型HiSAT-COT降压DC/DC,PWM(XCL221),PWM/PFM(XCL222)

  • 低纹波和内置线圈的低EMI,使其成为传感器的理想选择
  • 通过HiSAT-COT控制实现高速瞬态响应

输入电压: 2.5~5.5V
输出电压: 0.8V~3.6V
输出电流: 500mA
fosc: 1.2MHz

XC6233 / XC6223XC6215

快速瞬态响应/高纹波消除稳压器

  • 低噪音,适用于射频/传感器
  • 出色的瞬态响应,适用于RF电流变化
  • 适用于噪声高于100kHz的低功耗稳压器:XC6215

输入电压: 1.7~5.5V
输出电压: 1.2V~3.6V
输出电流: 200mA (XC6223: 300mA)

RESET
适用于12V/24V线路监视器

所需规格
检测电压: 6.0V

其他

  • 磁滞宽度大于等于5%(任意检测/释放电压)
  • 释放延迟 20ms
XC6118XC6134

检测端子分离,电容器延迟可调型 低功耗电压检测器

  • 在分离的Vsen端使用分流电阻可监视12V/24V线路
  • 通过外置电容调整释放延迟时间可配置启动顺序
  • HYS(Hysteresis)外部调整功能可设定任意检测/解除电压可帮助实现设备的稳定运行

输入电压: 1.1~6.0V
检测电压: 0.8V~5.0V(检测端子分离,内部固定)
Iq: 0.4μA

解决方案概要

关于一级降压DC/DC

在以产机传感器为代表的12V、24V电源生产线上工作的工业设备像FA的各种单元/模块、大楼/办公室/家庭自动化及安全设备较多,这些设备正在进行小型化和低消耗化。

电路框图(a)是通过中高耐压DC/DC直接提供MCU的电源电压的情况。
如果轻载状态长,则选择PWM/PFM转换(自动切换工作模式)型,如果无论负载状态如何也想恒定工作频率时则选择PWM固定型。此外,对于如果电源生产线的布线长,或由于电机工作的引起12V/24V电源生产线的电压大幅下降的用途,占空比100%的Pch开关型合适使用,因其即使在输入电压下降时也维持输出电压

降压DC/DC,18V工作
XCL225: 线圈一体型 PWM
XCL226: 线圈一体型 PWM/PFM
XC9263: PWM
XC9264: PWM/PFM
降压DC/DC,36V工作(46V额定值 ≦400ms)
XCL230: 线圈一体型 PWM
XCL231: 线圈一体型 PWM/PFM
XC9267: PWM
XC9268: PWM/PFM

此外,有时会将大容量电容器用于一级DC/DC的输出。
这是因为次级侧RF和电机等的峰值电流负载大,使用大电容可以抑制输出电压的变动。
如果已将大容量电容器用于这种一级DC/DC的输出端,启动时过大的冲击电流会引起电源IC的保护功能因启动,有时会无法正常启动。
作为对策,需要通过PG(Power Good)引脚和DC/DC软启动时间调整等,设定适当的启动序列。

关于用于传感器的LDO及DC/DC

传感器电源从MCU和传感器所需电压接近的电压部位用稳压器进行降压拉提供。

高纹波抑制/低噪声高速LDO适合作为传感器电源。
此外,100kHz以上的噪声重要的情况下,会有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。

稳压器
XC6233: 高速 200mA
XC6223: 高速 300m
XC6215: 低消耗

如果MCU和传感器的电压差大、要从一级降压电源降压时,DC/DC最适合而非稳压器。(电路框图(b))

关于从Primary DC/DC降压给MCU的DCDC(电路框图(b))

从第一级降到公用电压,再在第二级降到各所需电压来供电的结构,称为“一级(Primary)电源”、“2级(Secondary)电源”。一级侧与电路框图(a)相同。

我们推荐二级侧MCU电源采用小型PWM/PFM DC/DC。

降压DC/DC
XCL222: 线圈一体型 PWM/PFM,1.2MHz/高效/低EMI
XC9258: PWM/PFM, 高速瞬态响应,6MHz型特别适合于瞬态响应重要的用途,我们也准备了带引脚的封装
XC9282: PWM/PFM, 世界最小解决方案(3.52mm2)、低EMI

同样的DC/DC也适合于传感器,如果特别顾虑噪声的频率,我们推荐PWM固定型。

上述各PWM固定型
XCL221, XC9257, XC9282

用于监视输入电压的RESET IC

这是用于监视一级输入电压的传感(VSEN)引脚分离型的电压检测器。
为了装置的稳定工作、防止误动作、适当的启动上升/停止下降序列是必要的。

VSEN引脚已使用分割电阻连接到一级侧输入电压。可实现超过电压检测器的绝对最大电压的电压监视。
在MCU可工作时需要电压检测器的输出信号,电压检测器的输入接一次电源侧的输出。RESETB输出连接到MCU的I/O,通过MCU所监视。

配合这个电压检测器,下侧电路框图的工作如下所示。
(说明示例 : 一级侧 VIN = 12V,初级侧DCDC VOUT : 5V,电压检测器的检测电压 = 8V,解除电压 = 8.4V (8V + 5%) )

输入电压接入时

DC12V启动,初级侧DC/DC启动,输出电压达到5V时,PG = “H”。
随之而来的是通过使次级侧的CE =“H”,次级侧DC/DC工作,并向MCU及传感器供应电压。
输入电压超过解除电压 = 8.4V时,RESETB == “H”,电压检测器将通知MCU输入电压正常。
电压检测器不监视DC/DC输出电压,因此需要设定考虑DC/DC输出电压启动时间来设置解除延迟时间。

输入电压下降/切断时

输入电压低于检测电压8V时,RESETB =“L”,将通知MCU电压下降。
MCU可根据该信号,在DC/DC输出电压下降前停止工作或执行数据保存等。

追加细节方案

一级侧DC/DC输出电压下降时,从5V开始下降后,PG信号会使2级DC/DC停止但此时MCU有可能停止时间不够。
此时,可追加CR电路,增大一级侧DC/DC的输出电容从而延迟次级侧DC/DC的CE降到“L”的时间。
此外,在2级侧DC/DC的输出线上另外追加一个电压检测器,可以不受前端VD解除延迟时间的影响来启动MCU

这里给予更多优点的是HYS(Hysteresis)外部调整和检测延迟时间。

HYS(Hysteresis)外部调整

上述示例中,检测/解除电压 = 8V/8.4V,但检测电压我们想设为7V,以便即使在某种程度上电压下降也能工作,解除电压想设为9V,以便启动时稳定工作。
像这种7V/9.5V = +36%一样的滞后宽度大的设定,一般的电压检测器无法设定。
具有HYS(Hysteresis)外部调整功能的电压检测器,可通过外部电阻设定任意的检测电压及解除电压。
对电源生产线长而不稳定的各种产机/安全设备等很有用。

检测延迟时间设定

很多情况下,不想因短时间的电压下降而使MCU停止,此时利用检测延迟时间会有效。

电压检测器
XC6118: Vense分离,Cd外置解除延迟
XC6134: Vsense分离,HYS(Hysteresis)外部调整,Cd外置解除/检测延迟

如上所述,可用小型DC/DC和电压检测器配置简单而理想的电源。
以前长期使用了仅限稳压器的简单结构,但随着小型化/高性能化,因消耗电流增加,发热成为课题,已逐渐替换为DC/DC。
使用具有上述特点的电压检测器的解决方案更适合产机和医疗所需的安全性和正确工作的要求

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