动态电源控制可最大程度降低功率损耗、提高温度范围
发布时间：2015-3-10 11:00
发布者：designapp
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人们可能希望让工业系统中的DAC驱动宽范围负载。采用固定电源供电的DAC可能会在芯片上产生大量功耗，尤其当负载较小或发生短路至地等情况时。此功耗可能会让温度上升至超过建议工作限值，成为高通道密度或较高环境温度等系统的主要问题。 例如，DAC需向100 Ω至1 kΩ范围内的用户定义负载提供最高20 mA电流。这种情况下，最低电源电压必须为20 V。DAC提供的最大电源为V × I = 20V × 20 mA = 0.4W。 若使用1 kΩ负载，则所有电源均由负载消耗，电源无损耗。100 Ω负载功耗仅为0.04 W，因此芯片将浪费或消耗0.36 W。某些情况下，0 Ω负载是有效条件，此时所有电源均消耗在芯片上。 采用64引脚LFCSP封装时，最大环境温度不能超过125°C；四条通道中的每一条功耗均为0.4 W，因此总功耗为1.6 W。 64引脚LFCSP封装的热阻为28oC/W。上例中，温度上升为PD × θJA = 1.6W × 28°C/W = 44.8°C。因此，最高安全环境温度仅为80.2°C。可以采用散热片克服此问题，但由于受到空间和成本的限制，该方法可能并不现实。 动态电源控制(DPC)可直接解决这一问题。DC-DC转换器对5 V电源进行升压处理，建立一个7.5 V至29.5 V电源。该升压电源为DAC电流输出驱动器供电；驱动器提供负载所需的电源。 负载为0 Ω时，DC-DC转换器输出为7.5 V，是其最低值。DAC最高功耗仅为7.5 V × 20 mA = 0.15W，与之前的解决方案相比节省了0.25 W。 采用DPC后，四条通道（每条通道均短路至地）的最高功耗为0.6 W。温度上升为PD × θJA = 0.6W × 28°C/W = 16.8°C；因此，最高安全工作温度上升至108.2°C。DPC为宽范围未定义负载、高通道密度和基本不会产生大功耗的高温系统提供了最大的优势。 AD5755 4通道16位数模转换器提供电压输出和电流输出，适合可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和其它工业过程控制应用。动态电源控制调节输出驱动器上的电压，使低阻值负载电阻下的功耗最低并简化热管理。每个通道都可以配置为提供： - Voltage output, with 0V to 5V, 0V to 10V, ±5V, or ±10V full-scale range and ±0.04% total unadjusted error (TUE); - 电压输出，具有：0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V或±10 V满量程范围和±0.04%总不可调整误差(TUE)； - Current output, with 0 mA to 20 mA, 4 mA to 20 mA, or 0 mA to 24 mA full-scale range and ±0.05% TUE. - 电流输出，具有：0 mA至20 mA、4 mA至20 mA或0 mA至24 mA满量程范围和±0.05% TUE。 每个通道的失调和增益可以独立进行编程。这些器件可以采用5 V、±5 ppm/°C片内基准电压源或外部基准电压源工作。它采用9 × 9 × 0.85 mm、64引脚LFCSP封装，额定温度范围为–40°C至+105°C，千片订量报价为13.65美元/片。  上图显示该器件的电流输出电路、DC-DC转换器和电源控制器。使能电流输出后，便可检测输出FET的VDS。该电压控制电源控制模块中的MOSFET以便调节VBOOST，进而根据输出电流的要求控制VDS。MOSFET开启后，电感充电至VDS实际值与目标值之差所决定的数值。关闭后，电感放电至电容和VBOOST引脚。每个时钟周期都会重复该过程，每条通道都有一个DC-DC转换器。 |
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