工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)可能會驅(qū)動各種負(fù)載。如果DAC由固定電源供電,則可能導(dǎo)致片內(nèi)功耗很大,尤其是在負(fù)載較小或接地短路的情況下。
片內(nèi)功耗可能會使溫度超出建議的工作限值,并且對于具有大通道密度或較高環(huán)境溫度的系統(tǒng)來說,這可能是一個主要問題。
例如,理想的DAC需要為20Ω至100 kΩ范圍內(nèi)的用戶定義負(fù)載提供高達(dá)1 mA的電流。在這種情況下,最小電源電壓必須為20V。DAC產(chǎn)生的最大功率為V ×I = 20 V × 20 mA = 0.4 W。如果使用1 kΩ負(fù)載,則負(fù)載消耗所有功率,因此不會損失功率。當(dāng)20 mA流過100Ω負(fù)載時,僅消耗0.04 W。這意味著0.36 W在芯片上被浪費(fèi)或耗散。在某些情況下,0Ω負(fù)載也是一個有效條件,導(dǎo)致所有功率在片內(nèi)耗散。
在 64 引腳 LFCSP 封裝中,最高環(huán)境溫度不能超過 125° C。四個通道,每個通道的功耗為0.4 W,總功耗為1.6 W。64引腳LFCSP封裝的熱阻為28°C/W。在前面的示例中,溫升為PD× θ賈= 1.6 W × 28° C/W = 44.8° C。因此,最高安全環(huán)境溫度僅為80.2°C.可以添加散熱器來克服這個問題,但由于所需的空間和成本,這可能不可行。
動態(tài)電源控制(DPC)直接解決了這個問題。DC-DC轉(zhuǎn)換器升壓5 V電源,產(chǎn)生7.5 V至29.5 V電源。該升壓電源為DAC電流輸出驅(qū)動器供電,該驅(qū)動器為負(fù)載提供所需的功率。負(fù)載為0Ω時,DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出為7.5 V,這是其最低值。DAC的最大功耗僅為7.5 V×20 mA = 0.15 W,與原始解決方案相比節(jié)省0.25 W。
使用DPC時,四個通道(每個通道短路至地)的最大功耗為0.6 W。溫升為PD× θ賈= 0.6 W × 28° C/W = 16.8° C。因此,最高安全工作溫度增加到108.2°C.DPC在具有寬、未定義負(fù)載范圍、高通道密度和高溫的系統(tǒng)中提供了最大的優(yōu)勢,這些系統(tǒng)幾乎沒有大功率損耗的空間。
AD5755是一款四通道、16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器,為可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)和其他工業(yè)過程控制應(yīng)用提供電壓和電流輸出。動態(tài)功率控制調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動器上的電壓,利用低值負(fù)載電阻器最大限度地降低功耗,并簡化熱管理。每個通道都可以配置為提供:
電壓輸出,具有 0 V 至 5 V、0 V 至 10 V、±5 V 或 ±10 V 滿量程范圍和 ±0.04% 的總非調(diào)整誤差 (TUE)。
電流輸出,具有 0mA 至 20 mA、4 mA 至 20 mA 或 0 mA 至 24 mA 滿量程范圍和 ±0.05% TUE。
失調(diào)和增益可以針對每個通道單獨(dú)編程。這些器件可與片內(nèi)5 V、±5 ppm/°C基準(zhǔn)電壓源或外部基準(zhǔn)電壓源配合使用。該器件采用 9 × 9×0.85 mm 64 引腳 LFCSP 封裝,額定溫度范圍為 –40° C 至 +105° C,千秒內(nèi)售價為 13.65 美元。
圖1.AD5755,具有動態(tài)功耗控制功能。
該圖顯示了其電流輸出電路、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電源控制器。當(dāng)電流輸出使能時,將檢測輸出FET的VDS。該電壓控制功率控制模塊中的MOSFET以調(diào)節(jié)VBOOST,VBOOST又根據(jù)輸出電流要求控制VDS。當(dāng) MOSFET 接通時,電感充電至由 VDS 實(shí)際值與所需值之差確定的值。關(guān)斷時,電感器放電至電容器和VBOOST引腳。此過程在每個時鐘周期重復(fù)。每個通道有一個DC-DC轉(zhuǎn)換器。
審核編輯:郭婷
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