还在为选择多路电源输出的方案而苦恼?来这里,终结苦恼!

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作为系统硬件设计工程师的您,是否还在为选择高性价比的多路电源输出的隔离方案而苦恼呢?

比如+15V, -15V, +5V的三路隔离电源输出,在大多数情况下,凡是用到运放(AMP),模拟开关(MUX)和模拟量驱动输出(+/-10V,+/-20mA)的时候都会需要用到它,而系统隔离往往又是增强工业产品可靠性的重要保证……

如果您目前还不具备专业的电源设计经验,特别是变压器参数方面的设计,您的首选可能会是购买隔离电源模块,优点是体积小,使用方便,但是市面上能够直接支持+/-15V,+5V多路输出的隔离电源模块的种类非常少,而且价格普遍不菲。

解决您的痛一直是 ADI 不懈努力和最求的目标。为此,针对此类应用,ADI 提供了多种简单易用的参考方案,提供标准的变压器设计指标,从而可以满足客户不同工况,不同功率的使用需求。

为什么需要电源隔离这种拓扑

隔离电源拓扑多年来广泛用于不同的工业产品和应用中,如 PLC、DCS等。为了实现更好的性能,越来越多的最终用户需要在数字区和模拟区之间进行隔离,甚至在通道之间进行物理隔离,主要目的如下:
  • 安全
  • 可靠性
  • 将接地噪声降至最小

对于大多数放大器、多路复用器,DAC驱动器需要双极性电源来实现正常工作,因此隔离的三路抽头输出电源解决方案可以很容易满足大多数这些要求。

市场上常见的解决方案

市场上主要有两大类隔离电源解决方案:传统的分立元器件组成的 feedback 方案和 DC 至 DC 模块。
  • 第一类方案通常需要一定丰富的设计经验,由于使用大量的分立元件,因此PCB尺寸始终是令人头疼的问题。
  • 第二类方案的优势是小尺寸和易于使用,但其效率、负载调整率和电源调整率远远没有达到出色的水平。由于变压器的限制,DC至DC模块很难提供多路隔离电源输出,这仍然需要客户自己进行二次降压/升压调节。

设计挑战

对于一般产品工程师来说,在没有丰富的电源设计经验的情况下,一开始就设计隔离电源是很大的挑战,特别是在复杂的变压器设计和调试方面。若要实现良好的隔离电源设计,需要解决以下挑战:
  • 更小的PCB尺寸和高度
  • 更低的成本 X 变压器参数的设计
  • 通道间的负载调整率、电源调整率和交叉调整率
  • 效率
  • 输出功率

ADI 公司的整体解决方案

LT8301和ADuM3471是ADI公司提供的高集成度电源隔离解决方案, 适合在2.5 W至5 W功率范围内进行隔离多抽头的变压器控制,通 过不同的组合满足不同的效率、负载和电源调整率要求。

为了简化设计的工作量,以下给出了下几个常用示例,ADI 还提供了所使用的关键二极管产品型号和推荐的变压器产品型号。

变压器设计的参数规格

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图1.小封装、更低的功耗(ER11.5)。

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图2.大封装、更高的功耗(EP10)。

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图3.集成LT8301的解决方案1。

效率曲线图

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图4.集成ADuM3471的解决方案2。

效率曲线图

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图5.不同变压器效率对比曲线。

参考设计

对于想要评估电源解决方案与AD5755-1搭配效果的人员,ADI 将另外提供以下参考设计。 有两种控制方式,一种是通过PC SDP控制,另一种是直接通过触摸屏来控制/显示。

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图6.采用AD5755-1的4通道电流输出设计(带SDP板)。

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图7.采用AD5755-1的4通道电流输出设计(带触摸屏控制)。

总之,这就是ADI的3种变压器和6种基于LT8301和ADuM3471解决方案,适用条件为2.5 W至5 W,以满足不同的应用需求。这样,您可以轻松地选择一个用于双极性电源模拟输入或模拟输出的电源系统。这些解决方案有助于大大减轻设计工作,缩减PCB空间并带来更好的效率、电源/负载调整率等性能。希望大家都能获得自己满意的隔离电源设计。