微电源管理单元(PMU)应用工业独立电源控制

在设计工业应用的系统级、独立的I/O解决方案时,如工艺控制、工厂自动化或建筑控制系统,有许多领域需要考虑。这包括功率耗散、数据隔离和形式因素。图1展示了使用 AD74115H 以及 ADP1034 在一个独立的单通道软件配置I/O解决方案中。

图1ADP1034和AD74115H电路图。

通过将AD1034中的功率和数据隔离与AD74115H的软件可配置性相结合,一个独立的单通道I/O系统只能使用两个集成电路和最小的外部电路来设计。

系统级解决方案

Adp1034是一个高性能、独立的电力管理单元,它结合了一个独立的回弹调节器、一个逆变的巴克升压调节器和一个提供三个独立的电力轨并集成了七个低功率数字隔离器的巴克调节器。ADP1034还具有可编程电源控制功能(PPC),用于调整V上的电压。 第一级 通过单线接口点播。V 第一级 提供6V至28V至Ad74115H 数据交换 动力轨。V 2比2 提供5V的AD74115H动力轨 计算机控制 和dv 计算机控制 .如果需要,它还可以为外部基准提供电源电压.V 超过3的 provides between –5 V and –24 V to the AD74115H AV 海军陆战队 动力轨。

电力耗散及优化

在设计通道与通道隔离模块时,主要的权衡通常是在功率耗散和通道密度之间。随着模块尺寸的缩小和通道密度的增加,每个通道的耗能必须减小,以适应模块的最大耗能预算。在这种情况下,模块被定义为Adp1034和Ad74115h,两者结合起来提供独立的电源、数据隔离和可配置的I/O软件功能。

使AD74115H和Adp1034成为最优低功率解决方案的是引入集成PPC功能。PPC使用户能够调整V 第一级 voltage (AD74115H AV 数据交换 供应电压)随需应变。该方法最大限度地减少了在低负载条件下,尤其是在电流输出模式下模块中的功率耗散。

当使用PPC功能时,系统中的主机控制器通过SPI将所需电压代码发送到AD74115H,然后通过单线串行接口(OWSI)传递到Adp1034。OWSI实施了CRC,以提供对可能存在于恶劣工业环境中的EMC干扰的健壮性。

如果我们看一下耗电计算的例子,我们可以看到如果 数据交换 =24伏,负载为250厘米,目前的输出量为20mA,在该模块中总共将有748兆瓦的耗散。当我们使用PPC来放下 数据交换 电压为8.6V(负载电压+头室),模块内耗散约348兆瓦.这揭示了模块中400兆瓦的电力节省。

功率耗散计算实例

在示例1和示例2中,选择当前输出用例,并驱动20MA输出。负载为250分,并启用ADC,以每秒20个样本转换默认测量配置。

示例1(无PPC)：

AD74115H Output Power = (AV 数据交换 = 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 Ω = 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 Ω) +

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

示例2(启用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 Ω = 100 mW

模块总功率=(模块输入功率-负载功率)=348兆瓦

图2显示了在25℃时在AD74115H应用板上测量的功率耗散。测量结果表明,耗散功率略低于计算的耗散功率.这将略有不同的设备.

图2.测量数据从20 mA到250 Ω负载，AVDD=24V，AVDD=8.6V(使用PPC)。

图3显示模块(Adp1034和AD74115)使用PPC(优化的VPC)的功耗 数据交换 为每个负载电阻值编程)不同的负载电阻值。用两种不同的电压分别对Adp1034的VIN(15V和24V)进行了测试,以显示Adp1034的效率。在25℃时进行了测量。

图3耗电与耗电R 装载量 以20毫秒的产量。

图4显示了使用PPC(优化的av)的功耗 数据交换 为每个负载电阻值编程)不同的负载电阻值超过温度。

图4耗电与耗电体温。

表1使用PPC的典型用例功率耗散

数字输出用例

在工业应用中,数字输出被认为是最耗电的用例。AD74115h支持内部和外部来源并降低数字输出。Adp1034能够为内部数字输出功能提供足够的电源,能够产生或下沉多达100mA的连续电流。在这种情况下,数字输出电路供应 数据交换 直接连接到 数据交换 .对于超过100mA的电流,必须使用外部数字输出函数,这需要一个额外的电源连接到do_V 数据交换 .

内部数字输出用例超时

为了支持在初始电源上充电电容负载,在使用内部数字输出用例时,可以在可编程的时间(T1)中启用更高的短路电流限制(~280MA)。一旦T1时间过去,第二个短路限制(~140MA)就会被部署。这是一个较低的电流限制,在可编程的时间内是活动的,T2。在这些短路情况下,系统需要更多的电流,因此必须注意确保 第一级 电压不会下降。为确保没有下压,建议电压为24V,因为系统向Adp1034提供电压,用于所需的DP_V。 数据交换 是24伏的。这是24伏继电器的典型要求电压.在12V继电器情况下,最小系统电源电压的建议,以确保有足够的电流来源于负载。

图5和图6显示了DO_V 数据交换 测试人员T1和T2短路限制,证明与Adp1034的来源大电流的稳定性。

Figure 5. System supply = 24 V, DO_V 数据交换 voltage = 24 V.

图6.系统电源：= 24 V、DO_V数据交换电压=12V。

数据隔离和解决方案

使用模拟设备的专利耦合器技术上,Adp1034将包括SPI数据在内的三个独立的电力轨和三个GIPO隔离通道集成在一个7mmx9mm的封装中。这种高水平的集成有助于解决多氯联苯房地产的挑战,因为它将所有渠道隔离要求整合到多氯联苯上的一个小区域。还实现了电力节约。在Adp1034控制器方面,将其他SPI隔离通道置于低功率状态,当这些通道没有被使用。这意味着通道只在需要时是活动的。三个分离的Gpio通道被用来隔离 重设 , 警告 ,以及 Adc_rdy 因此,提供了所有的A74115H隔离要求,而不增加额外的隔离器IC的成本。

结论

设计一个低功率,通道到通道独立的I/O解决方案可能是一个挑战,一些行业最有经验的设计师。Adp1034和Ad74115h系统级解决方案简化了高层次集成和系统级设计方法的挑战。一个集成电路提供三个独立的系统电源轨和集成数据隔离,BOM成本显著降低。再加上AD74115h的灵活性,系统设计将满足大多数I/O工业应用。