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ADII实验室电路:16位工业、隔离电压电流输出的DAC

作者:时间:2013-10-16来源:网络收藏

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 AD5422 提供电流和电压输出。

16位工业、电流输出的,同时提供隔离的DC-DC电源 (CN0233)

ADII实验室电路:16位工业、隔离电压电流输出的DAC

图1. 带隔离电源的16位隔离式电流和电压输出

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。

ADII实验室电路:16位工业、隔离电压电流输出的DAC

图2. ±10V输出范围时电路的实测INL:使用线性电源

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关键词: ADII 实验室电路 隔离电压 DAC
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