利用AD5755節(jié)省多通道PLC的空間、成本和功耗

　　通過4mA所代表的活動—零狀態(tài)，接收儀表可以檢測環(huán)路的一些故障（例如：0mA表示開環(huán)，3mA表示傳感器發(fā)生故障），雙線變送器設(shè)備也能通過環(huán)路電流供電。此類儀表用于測量壓力、溫度、流量、pH值和其它過程變量，以及控制閥門定位器或其它輸出執(zhí)行器。模擬電流環(huán)路中的電流可以在環(huán)路中的任一點，通過一個串聯(lián)精密電阻轉(zhuǎn)換為電壓輸入。儀表的輸入端可能會將電流環(huán)路的一端連接到機殼（大地），因 此當(dāng)串聯(lián)連接多個儀表時，可能需要模擬隔離器。

　　功耗考慮

　　在圖3所示的系統(tǒng)中，一個通道配置為4mA至20mA通信（本例中為從DAC驅(qū)動一個執(zhí)行器負(fù)載）。執(zhí)行器的端接電阻決定環(huán)路所需的最大電源電壓。例如，100電阻至少需要2 V電壓才能提供20 mA電流。如今的系統(tǒng)必須能夠驅(qū)動最高達(dá)（有時甚至超過）1k的負(fù)載，這是很常見的要求。對于這一負(fù)載阻抗和20 mA的滿量程電流，電源需要提供至少20 V電壓。所產(chǎn)生的功率為：

P = V × I = 20 V × 0.02 A = 0.4 W.

　　如果負(fù)載阻抗變?yōu)?00 ，使用同一電源（有效條件）時，即使只需要 0.04 W功率，功耗仍將為0.4 W。這種情況下，系統(tǒng)的效率損失為90%，360mW功率遭到浪費。

圖 3. 當(dāng)滿量程輸出遠(yuǎn)低于電源電壓時，功率被浪費

　　對于一個8通道模塊，20V電源下的總功耗將為3.2 W，其中多達(dá)2.88 W的功率遭到浪費（如果所有負(fù)載均為100 ）。這種情況下，自熱效應(yīng)和功耗預(yù)算的提高開始演變成問題。模塊內(nèi)的溫度升高可能導(dǎo)致系統(tǒng)誤差增大，各個器件的漂移特性需要納入系統(tǒng)整體的誤差預(yù)算中加以考慮。

　　設(shè)計人員會考慮各種辦法來解決這些問題：

　　●增大模塊尺寸以支持更多功耗，但成本會增加，因而 這種解決方案的競爭力不強。

　　●使用散熱和/或風(fēng)扇控制，這是一種昂貴的解決方案，同時會增大空間。事實上，在一些安全關(guān)鍵應(yīng)用中，不允許使用這種溫度控制設(shè)備。

　　●減小最大負(fù)載阻抗，以便限制電路的整體功耗。在一些應(yīng)用中，這會限制性能，導(dǎo)致系統(tǒng)的市場競爭力下降。

　　無論如何，在更小的空間中提供更多的通道這一趨勢會給許多系統(tǒng)設(shè)計人員帶來散熱和功耗方面的困擾。

　　一種有助于解決此問題的方法是從5V電源入手。監(jiān)控輸出負(fù)載電壓，然后根據(jù)需要有效升壓并調(diào)節(jié)輸出電壓。圖4顯示5V電源和一款高效率DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器利用反饋控制提供適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷海蛊瑑?nèi)功耗最小。

圖 4.動態(tài)電源控制原理

　　AD5755系列4通道、16位、串行輸入、電壓和電流輸出DAC能夠提供這種閉環(huán)動態(tài)電源能力（見附錄—圖A）。它的每個 通道都能以16位分辨率提供電流或電壓，輸出端由動態(tài)電源控制下的DC/DC轉(zhuǎn)換器供電，因此該器件相當(dāng)于在一個非常緊湊的9mm × 9mm × 0.8mm封裝中提供4個低功耗節(jié)點。