16位工业、隔离电压电流输出的DAC，同时提供隔离的DC-DC电源

电路功能与优势

工业和仪器仪表系统，以及可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)，常常必须控制输出。控制方式有两种：电流控制（4 mA至20 mA）和电压控制（高达±10 V）。通常，此类设计还需要与本地系统控制器隔离，以防形成接地环路，同时确保不受外部事件影响。传统解决方案利用分立IC提供电源和数字隔离。当需要多通道隔离时，分立解决方案的成本和空间会变得非常不利。基于光隔离器的解决方案通常具有合理的输出调节，但需要额外的外部元件，因而会使电路板面积增大。电源模块常常体积庞大，而且输出调节可能不佳。图1所示电路基于ADuM347x系列隔离器（ADuM3470、ADuM3471、ADuM3472、ADuM3473、ADuM3474），集成了数字隔离、PWM控制的电源调节电路和相关的反馈隔离。使用外部变压器将功率传输到隔离栅的另一端。16位DAC AD5422 提供电流和电压输出。

图1. 带隔离电源的16位隔离式电流和电压输出DAC

电路描述
AD5422是一款完全集成、完全可编程的16位电压和电流输出DAC，可编程范围如下：4 mA至20 mA、0 mA至20 mA、0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V、±10 V。电压输出裕量典型值为1 V，电流输出需要大约2.5 V的裕量。这意味着，采用15 V电源时，20 mA电流输出可以驱动大约600 Ω的负载。

ADuM347x为四通道数字隔离器，集成PWM控制器和低阻抗变压器驱动器（X1和X2）。隔离式DC/DC转换器仅需要以下额外器件：变压器和简单的全波二极管整流器。采用5.0 V或3.3 V输入电源时，器件最多可提供2 W的调节隔离功率，这样就不需要单独的隔离式DC/DC转换器。

iCoupler 芯片级变压器技术用于隔离逻辑信号；集成的变压器驱动器带隔离副边控制功能，可以提高隔离式DC/DC转换器的效率。内部振荡器频率可以在200 kHz至1 MHz范围内调整，由ROC的值决定。当ROC = 100 kΩ时，开关频率为500 kHz。

ADuM3471调节来自15 V正电源。调节反馈来自分压器网络（R1、R2、R3）。电阻根据以下要求选择：当输出电压为15 V时，反馈电压为1.25 V。反馈电压与ADuM3471内部反馈设定点电压1.25 V相比较。调节通过改变驱动外部变压器的PWM信号的占空比来实现。

负电源的调节不太严格，对于轻负载，负电源可以高达−23 V，这仍然在−26.3 V的最大工作电压以内。对于1 kΩ以上的标称负载，较大未调节负电源电压导致的额外功耗不是一个问题。在要求较高顺从电压或极低功耗的应用中，应当考虑其它电源设计。

该电路利用5 V、高精度、低漂移（B级最大值为3 ppm/°C）外部基准电压源ADR445 进行测试。在工业温度范围内（−40°C至+85°C），该电路的总系统误差小于0.1%。

AD5422内部集成一个高精度基准电压源，其最大温漂为10 ppm/°C。若用该基准电压源代替外部基准电压源，则在整个工业温度范围内，只会产生0.065%的额外误差。

AD5422积分非线性(INL)在线性电源和隔离式DC/DC开关电源两种情况下进行测试，确保系统精度不会因为开关电源而有所损失。图2显示的是线性电源下的INL，图3显示的是开关电源下的INL。与线性电源相比，使用开关电源时性能没有明显损失。

图2. ±10V输出范围时电路的实测INL：使用线性电源

图3. ±10V输出范围时电路的实测INL：使用开关电源