工業系統中的數模轉換器(DAC)可能需驅動寬范圍負載。若DAC采用固定電源供電,那么這樣做會讓芯片產生大量功耗,尤其當負載較小或短路至地時。片內功耗會導致溫度上升至超過建議的工作限值,這對具有高通道密度或較高環境溫度的系統而言可能是個大問題。例如,理想DAC需要向100 Ω至1 kΩ范圍內的用戶定義負載提供高達20 mA電流。這種情況下,最低電源電壓必須為20 V。DAC產生的最高功率為V × I = 20 V x 20 mA = 0.4 W。
如果使用1 kΩ負載,則全部功率將由負載來消耗,因此無功率損失。當20 mA電流流過100 Ω負載時,功耗僅為0.04 W。這意味著芯片浪費或消耗了0.36 W。某些情況下,0 Ω負載也是一個有效的條件,此時芯片將消耗所有功率。采用64引腳LFCSP封裝時,最大環境溫度不能超過125° C;四條通道中的每一條功耗均為0.4 W,因此總功耗為1.6 W。
64引腳LFCSP封裝的熱阻為28oC/W。上例中,溫度上升為PD × θJA = 1.6W × 28°C/W = 44.8°C。因此,最高安全環境溫度僅為80.2°C。可以采用散熱片克服此問題,但由于受到空間和成本的限制,該方法可能并不現實。動態功率控制(DPC)可以直接解決這個問題。DC-DC轉換器可以對5 V電源進行升壓處理,生成7.5 V至29.5 V電源。
該升壓電源為DAC電流輸出驅動器供電,后者向負載提供所需的功率。若負載為0 Ω,則DC-DC轉換器輸出7.5 V,即它所能達到的最低值。DAC最大功耗僅為7.5 V × 20 mA =0.15 W,與最初解決方案相比節省了0.25 W。
采用DPC后,四條通道(每條通道均短路至地)的最高功耗為0.6 W。溫度上升為PD × θJA = 0.6W × 28°C/W = 16.8°C;因此,最高安全工作溫度上升至108.2°C。DPC為寬范圍未定義負載、高通道密度和基本不會產生大功耗的高溫系統提供了最大的優勢。
AD5755 4通道、16位數模轉換器提供電壓輸出和電流輸出,適合可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(DCS)和其它工業過程控制應用。動態電源控制調節輸出驅動器上的電壓,使低阻值負載電阻下的功耗最低并簡化熱管理。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%總非調整誤差(TUE)。? 電流輸出,具有0 mA至20 mA、4 mA至20 mA或0 mA至24 mA滿量程范圍和±0.05% TUE。
每個通道的失調和增益可以獨立進行編程。該器件可以采用5 V、±5 ppm/°C片內基準電壓源或外部基準電壓源工作。它采用9 × 9 × 0.85 mm 64引腳LFCSP封裝,額定溫度范圍為?40 °C至+105 °C,千片訂量報價為13.65美元/片。
圖1. 帶動態功率控制的AD5755
該圖顯示其電流輸出電路、DC-DC轉換器和功率控制器。電流輸出使能后,檢測輸出FET的VDS。該電壓控制功率控制模塊中的MOSFET以便調節VBOOST,而VBOOST隨后根據輸出電流要求控制VDS。MOSFET導通后,電感充電至VDS實際值與所需值之差確定的數值。關斷后,電感放電,電荷流入電容和VBOOST引腳。每一時鐘周期都會重復該過程。
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原文標題:動態功率控制(DPC)可最大程度減少功率損失、增加溫度范圍
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