【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(nèi)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(nèi)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(qū)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(zhuǎn)換器實現(xiàn)。在電流輸出模式下,DPC啟用后,AD5758會自動調(diào)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(jīng)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(diào)整開關頻率
● 每個穩(wěn)壓器的內(nèi)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(nèi)數(shù)字診斷和片內(nèi)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(nèi)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(nèi)部電源和接地、內(nèi)部裸片溫度監(jiān)視器和內(nèi)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(nèi)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(jīng)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。
表1. 電磁輻射騷擾性能概覽
表2. 電磁抗擾度性能概覽
系統(tǒng)應用框圖
圖4. 系統(tǒng)連接框圖。
圖5. 8通道模塊功耗與電源電壓和負載。
結論
AD5758和ADP1031系統(tǒng)級解決方案支持實現(xiàn)可靠、緊湊的8通道(通道間隔離)模擬輸出模塊,在最壞的功耗條件下,所有8個通道都能實現(xiàn)出色的低功耗(低于2W)。
(來源:亞德諾半導體)