微電源管理單元(PMU)應(yīng)用工業(yè)獨(dú)立電源控制

在設(shè)計(jì)工業(yè)應(yīng)用的系統(tǒng)級(jí)、獨(dú)立的I/O解決方案時(shí),如工藝控制、工廠自動(dòng)化或建筑控制系統(tǒng),有許多領(lǐng)域需要考慮。這包括功率耗散、數(shù)據(jù)隔離和形式因素。圖1展示了使用?AD74115H 以及?ADP1034 在一個(gè)獨(dú)立的單通道軟件配置I/O解決方案中。

圖1ADP1034和AD74115H電路圖。

通過將AD1034中的功率和數(shù)據(jù)隔離與AD74115H的軟件可配置性相結(jié)合,一個(gè)獨(dú)立的單通道I/O系統(tǒng)只能使用兩個(gè)集成電路和最小的外部電路來設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)級(jí)解決方案

Adp1034是一個(gè)高性能、獨(dú)立的電力管理單元,它結(jié)合了一個(gè)獨(dú)立的回彈調(diào)節(jié)器、一個(gè)逆變的巴克升壓調(diào)節(jié)器和一個(gè)提供三個(gè)獨(dú)立的電力軌并集成了七個(gè)低功率數(shù)字隔離器的巴克調(diào)節(jié)器。ADP1034還具有可編程電源控制功能(PPC),用于調(diào)整V上的電壓。 第一級(jí) 通過單線接口點(diǎn)播。V 第一級(jí) 提供6V至28V至Ad74115H 數(shù)據(jù)交換 動(dòng)力軌。V 2比2 提供5V的AD74115H動(dòng)力軌 計(jì)算機(jī)控制 和dv 計(jì)算機(jī)控制 .如果需要,它還可以為外部基準(zhǔn)提供電源電壓.V 超過3的 provides between –5 V and –24 V to the AD74115H AV 海軍陸戰(zhàn)隊(duì) 動(dòng)力軌。

電力耗散及優(yōu)化

在設(shè)計(jì)通道與通道隔離模塊時(shí),主要的權(quán)衡通常是在功率耗散和通道密度之間。隨著模塊尺寸的縮小和通道密度的增加,每個(gè)通道的耗能必須減小,以適應(yīng)模塊的最大耗能預(yù)算。在這種情況下,模塊被定義為Adp1034和Ad74115h,兩者結(jié)合起來提供獨(dú)立的電源、數(shù)據(jù)隔離和可配置的I/O軟件功能。

使AD74115H和Adp1034成為最優(yōu)低功率解決方案的是引入集成PPC功能。PPC使用戶能夠調(diào)整V 第一級(jí) voltage (AD74115H AV 數(shù)據(jù)交換 供應(yīng)電壓)隨需應(yīng)變。該方法最大限度地減少了在低負(fù)載條件下,尤其是在電流輸出模式下模塊中的功率耗散。

當(dāng)使用PPC功能時(shí),系統(tǒng)中的主機(jī)控制器通過SPI將所需電壓代碼發(fā)送到AD74115H,然后通過單線串行接口(OWSI)傳遞到Adp1034。OWSI實(shí)施了CRC,以提供對(duì)可能存在于惡劣工業(yè)環(huán)境中的EMC干擾的健壯性。

如果我們看一下耗電計(jì)算的例子,我們可以看到如果 數(shù)據(jù)交換 =24伏,負(fù)載為250厘米,目前的輸出量為20mA,在該模塊中總共將有748兆瓦的耗散。當(dāng)我們使用PPC來放下 數(shù)據(jù)交換 電壓為8.6V(負(fù)載電壓+頭室),模塊內(nèi)耗散約348兆瓦.這揭示了模塊中400兆瓦的電力節(jié)省。

功率耗散計(jì)算實(shí)例

在示例1和示例2中,選擇當(dāng)前輸出用例,并驅(qū)動(dòng)20MA輸出。負(fù)載為250分,并啟用ADC,以每秒20個(gè)樣本轉(zhuǎn)換默認(rèn)測量配置。

示例1(無PPC)：

AD74115H Output Power = (AV 數(shù)據(jù)交換 = 24 V) × 20 mA = 480 mW

AD74115H Input Power = AD74115HQUIESCENT (206 mW) + ADC Power (30 mW) + 480 mW = 716 mW

Module Input Power = 716 mW + ADP1034 Power (132 mW) = 848 mW

Load Power = 20 mA2 × 250 ? = 100 mW

Total Module Power = (Module Input Power – Load Power) = 748 mW

In Example 2, we can see that when the PPC functionality is enabled to reduce AVDD to the required voltage (20 mA × 250 ?) +

3.6 V headroom = 8.6 V then the power dissipated in the module drops to 348 mW.

示例2(啟用PPC)：

AD74115H Output Power = (AVDD = 8.6 V) × 20 mA = 172 mW

AD74115H Input Power = AD74115HQUIESCENT (136 mW) + ADC Power (30 mW) + 172 mW = 338 mW

Module Input Power = 338 mW + ADP1034 Power (100 mW) = 448 mW

Load Power = 20 mA2 × 250 ? = 100 mW

模塊總功率=(模塊輸入功率-負(fù)載功率)=348兆瓦

圖2顯示了在25℃時(shí)在AD74115H應(yīng)用板上測量的功率耗散。測量結(jié)果表明,耗散功率略低于計(jì)算的耗散功率.這將略有不同的設(shè)備.

圖2.測量數(shù)據(jù)從20 mA到250 Ω負(fù)載，AVDD=24V，AVDD=8.6V(使用PPC)。

圖3顯示模塊(Adp1034和AD74115)使用PPC(優(yōu)化的VPC)的功耗 數(shù)據(jù)交換 為每個(gè)負(fù)載電阻值編程)不同的負(fù)載電阻值。用兩種不同的電壓分別對(duì)Adp1034的VIN(15V和24V)進(jìn)行了測試,以顯示Adp1034的效率。在25℃時(shí)進(jìn)行了測量。

圖3耗電與耗電R 裝載量 以20毫秒的產(chǎn)量。

圖4顯示了使用PPC(優(yōu)化的av)的功耗 數(shù)據(jù)交換 為每個(gè)負(fù)載電阻值編程)不同的負(fù)載電阻值超過溫度。

圖4耗電與耗電體溫。

表1使用PPC的典型用例功率耗散

數(shù)字輸出用例

在工業(yè)應(yīng)用中,數(shù)字輸出被認(rèn)為是最耗電的用例。AD74115h支持內(nèi)部和外部來源并降低數(shù)字輸出。Adp1034能夠?yàn)閮?nèi)部數(shù)字輸出功能提供足夠的電源,能夠產(chǎn)生或下沉多達(dá)100mA的連續(xù)電流。在這種情況下,數(shù)字輸出電路供應(yīng) 數(shù)據(jù)交換 直接連接到 數(shù)據(jù)交換 .對(duì)于超過100mA的電流,必須使用外部數(shù)字輸出函數(shù),這需要一個(gè)額外的電源連接到do_V 數(shù)據(jù)交換 .

內(nèi)部數(shù)字輸出用例超時(shí)

為了支持在初始電源上充電電容負(fù)載,在使用內(nèi)部數(shù)字輸出用例時(shí),可以在可編程的時(shí)間(T1)中啟用更高的短路電流限制(~280MA)。一旦T1時(shí)間過去,第二個(gè)短路限制(~140MA)就會(huì)被部署。這是一個(gè)較低的電流限制,在可編程的時(shí)間內(nèi)是活動(dòng)的,T2。在這些短路情況下,系統(tǒng)需要更多的電流,因此必須注意確保 第一級(jí) 電壓不會(huì)下降。為確保沒有下壓,建議電壓為24V,因?yàn)橄到y(tǒng)向Adp1034提供電壓,用于所需的DP_V。 數(shù)據(jù)交換 是24伏的。這是24伏繼電器的典型要求電壓.在12V繼電器情況下,最小系統(tǒng)電源電壓的建議,以確保有足夠的電流來源于負(fù)載。

圖5和圖6顯示了DO_V 數(shù)據(jù)交換 測試人員T1和T2短路限制,證明與Adp1034的來源大電流的穩(wěn)定性。

Figure 5. System supply = 24 V, DO_V 數(shù)據(jù)交換 voltage = 24 V.

圖6.系統(tǒng)電源：= 24 V、DO_V數(shù)據(jù)交換電壓=12V。

數(shù)據(jù)隔離和解決方案

使用模擬設(shè)備的專利耦合器技術(shù)上,Adp1034將包括SPI數(shù)據(jù)在內(nèi)的三個(gè)獨(dú)立的電力軌和三個(gè)GIPO隔離通道集成在一個(gè)7mmx9mm的封裝中。這種高水平的集成有助于解決多氯聯(lián)苯房地產(chǎn)的挑戰(zhàn),因?yàn)樗鼘⑺星栏綦x要求整合到多氯聯(lián)苯上的一個(gè)小區(qū)域。還實(shí)現(xiàn)了電力節(jié)約。在Adp1034控制器方面,將其他SPI隔離通道置于低功率狀態(tài),當(dāng)這些通道沒有被使用。這意味著通道只在需要時(shí)是活動(dòng)的。三個(gè)分離的Gpio通道被用來隔離 重設(shè) , 警告 ,以及 Adc_rdy 因此,提供了所有的A74115H隔離要求,而不增加額外的隔離器IC的成本。

結(jié)論

設(shè)計(jì)一個(gè)低功率,通道到通道獨(dú)立的I/O解決方案可能是一個(gè)挑戰(zhàn),一些行業(yè)最有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師。Adp1034和Ad74115h系統(tǒng)級(jí)解決方案簡化了高層次集成和系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法的挑戰(zhàn)。一個(gè)集成電路提供三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)電源軌和集成數(shù)據(jù)隔離,BOM成本顯著降低。再加上AD74115h的靈活性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)將滿足大多數(shù)I/O工業(yè)應(yīng)用。