降额定义为在规定边界条件下的性能降低,类似于功率半导体中的安全工作区(SOA)。由于前面提到的功率损耗和相关的冷却问题,未采用DPC的输出模块受到更严格的热限制。如今,信用卡大小的模块上具有两个或四个通道很常见。通常模块的额定环境温度最高为60°C。

通过动态功率控制实现模拟输出高效的散热设计

但是,在这些环境条件下,并非所有四个通道都可以驱动非常小的负载,因为在未采用DPC的四个通道中,模块中的功率损耗会达到3 W,产生的热量会使元件快速达到其极限值。通过热降额,模块制造商在较高的环境温度下仅能使用四个可用通道中的一个或两个,从而大大降低了可用性和通道成本性能。

由于AD5758具有自适应调节功能,其功率损耗仅在很低程度上取决于负载电阻,对于0 kΩ至1 kΩ的负载,其功率损耗始终保持在250 mW以下。因此,根据输出模块的设计,将能实现八个隔离通道,其总体功率损耗<2 W。5 mm × 5 mm LFCSP封装的结至环境热阻ΘJA为46 K/W,在200 mW的功率损耗下温升小于10°C。AD5758的额定环境温度可高达115°C。这为多通道模块提供了很大的裕量,无需降额。

逻辑电压:除了(工作模式取决于单极性或双极性)驱动器电源之外,AD5758输出IC还需要一个3.3 V的逻辑电压为内部模块供电。这可以利用片内LDO稳压器产生;但是,为了提高效率并降低功率损耗,建议使用开关稳压器。

隔离式驱动器电源:出于安全考虑,PLC总线与I/O模块之间始终保持电气隔离。采用不同颜色显示了这种隔离,其中包括逻辑(总线)端、电源和现场端输出的三种不同电位。因为通常在电路板上也会对这三个部分进行空间分隔,即输出端朝向正面连接器端子设置,而背板总线(顾名思义)位于背面,所以将隔离、电源和输出驱动器集成到单芯片中并不明智。

电源管理单元ADP1031执行所有功能,并与AD5758搭配工作,能够在更小的空间需求和功率损耗下实现隔离式输出模块的开发。反激式转换器的优势是效率高;仅需一个小尺寸的1:1变压器。反激式转换器在第一级可产生高达28 V的隔离驱动器电压。由此生成反相器和降压型转换器,它们共用相同的地电位。

在电源管理单元的设计过程中,ADI公司特别加强了电磁兼容性(EMC)和鲁棒性。例如,输出电压相移,且反激式控制器的压摆率可调。同时还为所有三个电压添加了软启动、过压保护和电流限制功能,以实现良好的测量。

隔离式SPI接口基于成熟的iCoupler®技术,可传输工作所需的所有控制信号。因此实现了高速数据路径(四个通道)和较低速率的GPIO控制路径(三个复用通道)之间的区分。潜在的应用是通过共同的控制信号同步激活多通道模块或多个模块中的输出,回读错误标志或触发安全关断。

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