wangmigooo

优化隔离传感器接口的功率转换

wangmigooo 在 2014-8-27 建立的討論區

目前,模拟PLC模块能够提供4条、8条甚至16条独立的隔离通道。多个大小适中的DC-DC转换器会占据很多空间,并产生很多热量。有源电路包括信号调理单元(例如运算放大器或仪表放大器),以及集成了串行接口的ADC,可通过数字隔离器通道实现与FPGA的接口。通常该电路所需功率远低于150 mW

 

在此功率范围内,有三种基本的DC-DC转换器类型:

1.     1. 非稳压开关电源或模块

2.     2. 稳压开关电源或模块

3.     3. 芯片级功率转换

采用这些电源结构都会增加控制电路的复杂性,而前两种类型还需增加元器件数目和解决方案的尺寸。芯片级功率转换器能够集成完全稳压DC/DC电源的全部功能,在低负载情况下具有紧凑型的稳压特性和良好的功效。

 

1显示稳压电源模块和芯片级转换器的属性对比。所选模块为最常见的模块,功率范围为传感器接口要求中规定的0-150mW

Type

类型

P/N

产品型号

Peak Efficiency

峰值效率

10 mA Efficiency

10 mA功效

Qulescent Current

静态电流

Max Power

最大功率

Load Regulator

负载调整率

Size

尺寸

Cost

成本

Chip-Scale Converter

芯片级转换器

ADuM5010

ADuM5010

30%

27%

  1. 6.8 mA
  2. 6.8 mA

150 mW

150 mW

  1. 1.3%
  2. 7.4×7.4×2
  3. 1.50美元/

Regulated Module

稳压模块

DCR010605

DCR010605

50%

21%

18 mA

18 mA

1 W

1 W

3%

18×10×2.5

  1. 5.95美元/

 

采用稳压模块的效率最高。然而,仔细对比芯片级转换器,分析稳压模块的效率,由图1可见,由于芯片级转换器集成有源反馈调节,其效率能够更快地上升至最终值,因此在0mA15 mA的负载范围内,芯片级解决方案事实上更有效。这基本上就是最初模拟接口定义中的目标范围了。因此,尽管芯片级解决方案的最大效率最低,它依然是一个较好的选择。

 

1.jpg

1 DC-DC稳压模块与芯片级转换器的效率对比

 

此外,这两种解决方案的尺寸差别也非常大。模块化解决方案PCB尺寸为180mm2,并且较高。明智的选择是采用薄型SSOP20 JEDEC标准封装、尺寸为55 mm2,并且添加一些旁路电容和两个电阻的芯片级解决方案。

 

仅就尺寸效率而言,芯片级转换器非常适合该应用。除此之外,ADuM5010隔离式功率转换器所采用的技术还有许多其它优势。

1)无限可调的输出电压。ADuM5010通过副边的分压器设置输出电压。其范围为  3.15 V5.5V

2)热关断功能可在短路过载情况下保护电源。

3)通过在原边控制PWM实现软启动。

4)原边电源待机状态。

5)原边输入电源具有欠压闭锁(UVLO)功能。

6)全面隔离认证。

 

针对大多数PLC应用设计的模拟传感器接口,应用时需要对数字通信和电源进行隔离。其功率水平非常低,低于大部分DC/DC转换器以高效率和可预测方式正常工作的范围。不过,经过精密调节并表现良好的电源对接口非常有益。

 

 

結果