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如何搞定功耗和空間，實現(xiàn)可靠又緊湊的隔離模擬輸出模塊？

發(fā)布時間：2019-12-10 責任編輯：lina

【導讀】為可編程邏輯控制器(PLC)或分布式控制系統(tǒng)(DCS)模塊等過程控制應用設計通道間隔離模擬輸出模塊時，主要權衡因素通常是功耗和通道密度。

為可編程邏輯控制器(PLC)或分布式控制系統(tǒng)(DCS)模塊等過程控制應用設計通道間隔離模擬輸出模塊時，主要權衡因素通常是功耗和通道密度。隨著模塊尺寸縮小，通道密度增加，每個通道的功耗必須降低，以滿足模塊的最大功耗預算要求。更高的通道密度也意味著每個通道可用的PCB空間越少。

系統(tǒng)級解決方案

圖1所示為 AD5758 和 ADP1031 系統(tǒng)解決方案，它們解決了功耗和空間問題，支持實現(xiàn)更高水平的集成。本文顯示在制造單通道功耗低于2 W的8通道模塊時，如何讓其保持小尺寸。

圖1. AD5758和ADP1031 8通道電路板。

ADP1031解決了隔離和尺寸問題，提供300 V基礎的電源和數(shù)據(jù)隔離，AD5758則提供低功耗、高精度，可配置的電流或電壓輸出通道。

集成、隔離電源和數(shù)據(jù)

ADP1031采用了ADI獲得專利的iCoupler®技術，在7 mm × 9 mm大小的封裝內集成3個隔離電源軌，以及SPI和GPIO數(shù)據(jù)隔離。這種高度集成幫助解決了PCB空間占用問題，在較小的PCB空間內整合和滿足所有通道隔離要求。

圖2. ADP1031框圖。

低功耗

AD5758采用了動態(tài)功率控制(DPC)技術，在該器件被配置用于控制電流輸出時，在最壞的操作條件下，能夠幫助最小化模塊的功耗。它可以持續(xù)跟蹤輸出電壓，將輸出驅動器的供電量降到最低，以保持輸出負載電流，上述這些都通過一個集成、可編程、高效率的降壓轉換器實現(xiàn)。在電流輸出模式下，DPC啟用后，AD5758會自動調節(jié)DPC電壓，在所有負載條件下最小化功耗。

圖3. AD5758框圖。

ADP1031的設計經過優(yōu)化之后，能在最壞的負載條件下為AD5758提供高效的隔離電流，以此最小化總通道功耗。ADP1031中集成的高速SPI通道在啟動時也可以降低功耗，在關閉時則進入低功耗狀態(tài)。

ADP1031

● 寬輸入電源電壓范圍：4.5 V 至 60 V

● 集成式反激電源開關

● 生成隔離式獨立雙極輸出和工廠可編程降壓輸出

● VOUT1：21 V、24 V 或 6 V 至 28 V

● VOUT2：5.15 V、5.0 V 或 3.3 V

● VOUT3：−24 V 至 −5 V

● 使用1:1比率的變壓器簡化變壓器設計

● 適用于反激、降壓和反相穩(wěn)壓器的峰值電流限制和OVP

● 精密啟用輸入和電源正常輸出

● 可通過 SYNC 輸入調整開關頻率

● 每個穩(wěn)壓器的內部補償和軟啟動控制

● 高速低傳播延遲 SPI 信號隔離通道

● 三個 100 kbps 通用隔離式數(shù)據(jù)通道

隔離反激式變壓器

由于ADP1031集成了反激通道，導致反激式變壓器的設計得到簡化，因為它只需要單個初級和次級繞組。這意味著變壓器的外形可以更小，同時仍能滿足效率和隔離要求。推薦ADP1031使用的變壓器的尺寸為8.6 mm × 8.26 mm，高度不到9.7 mm。有關推薦使用的變壓器的列表，請參考ADP1031數(shù)據(jù)手冊。

解決方案尺寸

高度集成使得每個隔離通道都能裝入大小不足400 mm2的雙面PCB中。這包括所有相關的無源組件和隔離間距。

支持診斷和HART連接的靈活的高精度通道

AD5758集成了先進的診斷功能，能夠快速檢測異常行為和故障。

錯誤標志被存儲在兩個寄存器中：數(shù)字診斷結果寄存器和模擬診斷結果寄存器，分別用于片內數(shù)字診斷和片內模擬診斷。一些重要診斷包括：

● 看門狗定時器錯誤

● SPI CRC錯誤

● 無效的SPI訪問

● SCLK計數(shù)器錯誤

● 校準存儲器CRC錯誤

● 輸出過壓保護

● 電壓輸出短路錯誤

● 電流輸出開路錯誤

● 過溫錯誤

● 內部供電錯誤

● DPC錯誤

AD5758還集成了一個12位ADC，可以在用戶選擇的節(jié)點上提供診斷測量，比如內部電源和接地、內部裸片溫度監(jiān)視器和內部基準電壓源。

AD5758具有一個CHART引腳，HART®信號以電容耦合的方式連接到這個引腳。啟用HART連接之后，HART信號會在VIOUT引腳顯示。此功能僅在將VIOUT配置為輸出電流時可用。

EMC性能

AD5758在所有可能連接至螺絲端子（VIOUT、+VSENSE和−VSENSE）的引腳上集成了線路保護裝置。這些線路保護裝置通過限制內部通過VDPC+和AVSS電軌的電壓，保護這些引腳不受高達±38 V的正負電壓影響。如果檢測到VIOUT引腳上的電壓超過此限制，則錯誤標志置位，可以通過SPI端口回讀。

已經針對AD5758和ADP1031系統(tǒng)做過大量EMC測試。參考表1和表2查看測試結果匯總。