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为过程控制、工厂自动化、楼宇控制系统等工业应用设计系统级隔离式I/O解决方案时,有许多方面需要考虑,其中包括功耗、数据隔离和外形尺寸。显示了系统解决方案,其在隔离式单通道软件可配置I/O解决方案中使用AD74115H和ADP1034,解决了电源、隔离和面积挑战。通过将ADP1034的电源和数据隔离功能与AD74115H的软件可配置能力相结合,可以仅使用两个IC和非常少的外部电路来设计一个隔离式单通道I/O系统
系统级解决方案
ADP1034是一款高性能隔离式电源管理单元,包含一个隔离反激式稳压器、一个反相降压升压调节器和一个降压调节器,提供三个隔离式电源轨并集成了七个低功耗数字隔离器。ADP1034还具有可编程功率控制(PPC)功能,可通过单线接口按需调整VOUT1上的电压。VOUT1为AD74115H AVDD电源轨提供6V至28V的电压。VOUT2为AD74115H电源轨AVCC和DVCC提供5V电压。如需要,它还能为外部基准电压源提供电源电压。VOUT3为AD74115H AVSS电源轨提供-5V至-24V的电压。
功耗和优化
设计通道间隔离模块时,主要的权衡通常是在功耗和通道密度之间。随着模块尺寸缩小,通道密度增加,每个通道的功耗必须降低,以满足模块的最大功耗预算要求。在这种情况下,模块是指ADP1034和AD74115H,当它们共同使用时,可提供隔离电源、数据隔离和软件可配置I/O功能。
AD74115H和ADP1034之所以成为出色的低功耗解决方案,原因在于集成PPC功能的引入。PPC使用户能够按照需求调整VOUT1电压(AD74115H AVDD电源电压)。这种方法可以大大降低模块在低负载条件下的功耗,特别是在电流输出模式下。
使用PPC功能时,系统中的主机控制器通过SPI向AD74115H发送所需的电压代码,该代码随后通过单线串行接口(OWSI)传递至ADP1034。OWSI实现了CRC校验功能,非常稳健,可抵抗恶劣工业环境中可能存在的EMC干扰。
查看功耗计算示例可知,如果AVDD = 24V且负载为250Ω,则对于20mA的电流输出,模块总功耗为748mW。当使用PPC将AVDD电压降至8.6V(负载电压+裕量)时,模块功耗约为348mW。这表明模块内节省了400mW的功耗。
功耗计算示例
示例1和示例2选择了电流输出用例,驱动20mA输出。负载为250Ω,使能ADC,以每秒20个样本转换默认测量配置。
示例1(无PPC):
AD74115H输出功率 = (AVDD = 24V) × 20mA = 480mW
AD74115H输入功率 = AD74115HQUIESCENT (206mW) + ADC功耗(30mW) + 480mW = 716mW
模块输入功率 = 716mW + ADP1034功耗(132mW) = 848mW
负载功耗 = 20mA2 × 250Ω = 100mW
模块总功耗 =(模块输入功率 - 负载功耗)= 748mW
在示例2中可以看到,当使能PPC功能以将AVDD降低到所需电压(20mA × 250Ω) + 3.6V裕量 = 8.6V时,模块耗降至348mW。
示例2(使能PPC):
AD74115H输出功率 = (AVDD = 8.6V) × 20mA = 172mW
AD74115H输入功率 = AD74115HQUIESCENT (136mW) + ADC功耗(30mW) + 172mW = 338mW
模块输入功率 = 338mW + ADP1034功耗(100mW) = 448mW
负载功耗 = 20mA2 × 250Ω = 100mW
模块总功耗 =(模块输入功率 - 负载功耗)= 348mW
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