如何满足多路电源输出隔离?这里有一个简单易行的解决方案

日期:2019-06-26
 
 
作为系统硬件设计工程师的你,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?比如说+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、模拟开关和模拟量驱动输出(+/-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。ADI公司近20亿通道的出货量,凭借数字隔离技术提供紧凑、鲁棒和可靠的解决方案,可解决ADI用户的数据传输和电源隔离挑战,同时满足严格的安全标准。
 
安全、可靠和降噪,电路需要电源隔离拓扑
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,主要目的是安全、可靠性高以及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,这仍然需要进行二次降压/升压调节。
 
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,需要解决的挑战包括:如何实现更小的PCB尺寸和高度、如何降低成本、如何设计变压器参数、如何确定通道间的负载调整率、电源调整率和交叉调整率以及效率、输出功率等。
 
微功率、隔离型反激式转换器LT8301和隔离式开关稳压器ADuM3471是ADI公司提供的高集成度电源隔离解决方案,适合在2.5W至5W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,简单易行的解决工程师设计隔离电源的诸多挑战。
 
用于多路抽头输出隔离电源的简单解决方案
隔离式开关稳压器ADuM3471和微功率、隔离型反激式转换器LT8301采用Flyback架构通过多绕组变压器输出多路隔离电源,ADuM3471输出功率分别为2.5W~3W,效率约为80%;LT8301输出功率为5W~6W效率约为81%。ADI提供的这款解决方案成本较低,主要应用于工业PLC领域。
 
LT®8301是一款微功率、隔离型反激式转换器。通过直接从原边反激波形对隔离式输出电压进行采样,该器件无需借助第三个绕组或光隔离器来实现稳压。输出电压利用单个外部电阻器来设置。内部补偿和软起动进一步减少了外部组件数目。边界模式操作提供了一种具有卓越负载调节性能的小型磁性解决方案。低纹波突发模式操作可在轻负载条件下保持高效率,同时最大限度地抑制输出电压纹波。LT8301将一个1.2A、65VDMOS电源开关与所有的高电压电路和控制逻辑电路集成在一个5引脚ThinSOT™ 封装之中。
 
LT8301可在一个2.7V至42V的输入电压范围内工作,并输送高达6W的隔离输出功率。由于具有高集成度并运用了边界和低纹波突发模式,因而为隔离式供电提供了一款使用简单、组件数少和高效率的应用解决方案。
 
集成LT8301的解决方案
 
ADuM3471是业界首款在单封装中集成变压器驱动器和PWM(脉冲宽度调制)控制器的数字隔离器。该器件集成在一个小型表贴20引脚SSOP(紧缩小型封装)中,使得新型四通道数字隔离器能够将电路板空间缩减30%,成本降低10%,并且简化要求数据和电源隔离的系统开发。利用该产品,你可以实现隔离DC-DC转换器,提供最高2W、3.3V至30V的稳压隔离电源,输入电源电压为5.0V或3.3V。ADuM3471数字隔离器是要求数据隔离和电源隔离应用的理想选择,包括数据采集、使用Fieldbus的工业过程控制和楼宇控制。
 
集成变压器驱动器和 PWM 控制器的数字隔离器ADuM347x系列扩展了ADI的iCoupler数字隔离产品组合,该产品组合提供业界最全面的隔离技术。利用ADuM347x隔离器和产品组合中的其它产品,设计人员可以摆脱光耦合器等传统隔离产品的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制,在设计中实现出色的隔离性能。 
 
ADuM3471基于ADI的iCoupler®技术,在2W隔离设计中,无需使用单独的隔离式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。因此,该产品可提供小尺寸、完全隔离的解决方案。
 
此外,ADuM3471隔离器可提供四个独立的隔离通道,通道配置灵活多样,数据速率最高可达25Mbps。
 
集成ADuM3471的解决方案
 
可以看出,ADI基于单片反激式稳压器LT8301和集成变压器驱动器和 PWM 控制器的数字隔离器ADuM3471的简易解决方案,适用条件为2.5 W至5 W,以满足不同的应用需求。有了这些器件,你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。这些解决方案将有助于你大大减轻设计工作,缩减PCB空间并带来更好的效率、电源/负载调整率等性能。
 

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