优化隔离传感器接口的功率转换

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。

 

表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。

 

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0mA和15 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。

图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 V至5.5V。

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。