作者：ADI应用工程师Valerie Hamilton

【资料图】

为过程控制、工厂自动化、楼宇控制系统等工业应用设计系统级隔离式I/O解决方案时，有许多方面需要考虑，其中包括功耗、数据隔离和外形尺寸。图1显示了系统解决方案，其在隔离式单通道软件可配置I/O解决方案中使用AD74115H和ADP1034，解决了电源、隔离和面积挑战。通过将ADP1034的电源和数据隔离功能与AD74115H的软件可配置能力相结合，可以仅使用两个IC和非常少的外部电路来设计一个隔离式单通道I/O系统。

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系统级解决方案

ADP1034是一款高性能隔离式电源管理单元，包含一个隔离反激式稳压器、一个反相降压升压调节器和一个降压调节器，提供三个隔离式电源轨并集成了七个低功耗数字隔离器。ADP1034还具有可编程功率控制(PPC)功能，可通过单线接口按需调整VOUT1上的电压。VOUT1为AD74115H AVDD电源轨提供6V至28V的电压。VOUT2为AD74115H电源轨AVCC和DVCC提供5V电压。如需要，它还能为外部基准电压源提供电源电压。VOUT3为AD74115H AVSS电源轨提供-5V至-24V的电压。

功耗和优化

设计通道间隔离模块时，主要的权衡通常是在功耗和通道密度之间。随着模块尺寸缩小，通道密度增加，每个通道的功耗必须降低，以满足模块的最大功耗预算要求。在这种情况下，模块是指ADP1034和AD74115H，当它们共同使用时，可提供隔离电源、数据隔离和软件可配置I/O功能。

AD74115H和ADP1034之所以成为出色的低功耗解决方案，原因在于集成PPC功能的引入。PPC使用户能够按照需求调整VOUT1电压（AD74115H AVDD电源电压）。这种方法可以大大降低模块在低负载条件下的功耗，特别是在电流输出模式下。

使用PPC功能时，系统中的主机控制器通过SPI向AD74115H发送所需的电压代码，该代码随后通过单线串行接口(OWSI)传递至ADP1034。OWSI实现了CRC校验功能，非常稳健，可抵抗恶劣工业环境中可能存在的EMC干扰。

查看功耗计算示例可知，如果AVDD = 24V且负载为250Ω，则对于20mA的电流输出，模块总功耗为748mW。当使用PPC将AVDD电压降至8.6V（负载电压+裕量）时，模块功耗约为348mW。这表明模块内节省了400mW的功耗。

功耗计算示例

示例1和示例2选择了电流输出用例，驱动20mA输出。负载为250Ω，使能ADC，以每秒20个样本转换默认测量配置。

示例1（无PPC）：
AD74115H输出功率 = (AVDD = 24V) × 20mA = 480mW
AD74115H输入功率 = AD74115HQUIESCENT (206mW) + ADC功耗(30mW) + 480mW = 716mW
模块输入功率 = 716mW + ADP1034功耗(132mW) = 848mW
负载功耗 = 20mA2 × 250Ω = 100mW
模块总功耗 =（模块输入功率 - 负载功耗）= 748mW

在示例2中可以看到，当使能PPC功能以将AVDD降低到所需电压(20mA × 250Ω) + 3.6V裕量 = 8.6V时，模块的功耗降至348mW。

示例2（使能PPC）：
AD74115H输出功率 = (AVDD = 8.6V) × 20mA = 172mW
AD74115H输入功率 = AD74115HQUIESCENT (136mW) + ADC功耗(30mW) + 172mW = 338mW
模块输入功率 = 338mW + ADP1034功耗(100mW) = 448mW
负载功耗 = 20mA2 × 250Ω = 100mW
模块总功耗 =（模块输入功率 - 负载功耗）= 348mW

图2显示了AD74115H应用板上在25°C时的实测功耗。测量结果表明，功耗略低于计算的功耗。此结果会因器件而略有不同。

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图3显示了使用PPC的模块（ADP1034和AD74115）功耗（针对每个负载电阻值设置优化的AVDD）与不同负载电阻值的关系。两个不同的电压被施加于ADP1034的VINP（15V和24V），以显示ADP1034的效率。测量是在25°C下进行。

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图4显示了不同温度下使用PPC的功耗（针对每个负载电阻值设置优化的AVDD）与不同负载电阻值的关系。

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表1.使用PPC的AD74115H典型用例功耗