在工廠自動化和過程控製應用中
，數模轉換器（DAC）通常在用於可編程邏輯控製器（PLC）和傳感器發射器的模擬輸出中被發現。這兩種情況下
，DAC都可用於傳送電壓輸出或電流輸出。

 

DAC8775是TI最新的高精度DAC，通過包括4-20mA驅動器、電壓輸出和片上自適應電源管理在行業中最具集成性。在這篇博文中，我將提供與DAC8775相關的設計技術示例
，並探索如何設計這個行業的當前趨勢。

 

許多係統控製器由於傳感器數量的增加而處理數百個輸入/輸出（I / O）點。這給設計人員提供了一個挑戰

，即將更多的I / O通道融入一個小型形狀係數，增加了對熱優化和高效率係統的需求。大多數模擬輸出模塊4-20mA驅動電路采用具有增益級的高側電壓 - 電流轉換電路。圖1所示為典型的架構。

 

由放大器A1建立的回路將DAC輸出電壓轉換成電流。通過負反饋，放大器A1將R_SET兩側的電壓設置為等於DAC輸出。R_SET兩側的這個電壓降將設定流過第一級I_M的電流。（我假設I_RSET等於I_M的理想情況）。通過使用由放大器A2和R_MIRROR鱷魚R_SENSE電阻對的組合建立的回路，產生的電流I_M進一步被增益。放大器A2將強製R_SENSE兩側的電壓等於V_MIRROR。通過與R_MIRROR和R_SENSE的比例成正比的因子，這產生了從I_M增益的負載電流。如圖1所示

，R_LOAD通常表示線性執行器負載，如同PLC係統的情況。由於目前通過R_MIRROR不提供負載，這將直接降低係統的效率。良好的設計實踐是將該電流最小化，將其設置為小於輸出電流的1％。出於計算的目的
，假設R_MIRROR和R_SENSE之間的高比率（> 1到100）
，我們忽略I_M。

 

圖1：高側電壓 - 電流轉換器

 

在典型情況下，V_POS電壓可以在12-36V之間變化。R_LOAD也可以從短電阻到1kΩ變化。為了說明這一點，可以考慮我們的第一個示例，即V_POS等於36V，R_LOAD等於1Ω的情況。當閥門設定為滿量程時，控製器將通過負載驅動20mA。這意味著負載消耗的功率是P_LOAD = I²R = 0.4mW。

 

所產生的總功率為P_generated = = 0.72W。從這個例子可以看出，電壓 - 電流轉換電路耗散剩餘的功率：0.72W-0.4mW = 0.7196W。這是一個非常低效的係統，並將導致係統溫度的不必要地增加。

 

考慮第二個示例，其中負載阻抗較高，為1kΩ。在這種情況下
，P_LOAD = I²R = 0.4W。所產生的總功率為P_generated = = 0.72W。電壓 - 電流轉換電路耗散其餘功率：0.72W-0.4W = 0.32W。

 

您nin可ke以yi想xiang象xiang
，如ru果guo存cun在zai大da量liang的de功gong率lv損sun耗hao，在zai這zhe麼me小xiao的de空kong間jian中zhong增zeng加jia更geng多duo的de通tong道dao將jiang變bian得de不bu可ke持chi續xu，這zhe直zhi接jie增zeng加jia係xi統tong溫wen度du
，降jiang低di可ke靠kao性xing並bing增zeng加jia故gu障zhang。我wo給gei出chu的de示shi例li顯xian示shi單dan通tong道dao設she計ji的de功gong率lv損sun耗hao。在zai存cun在zai四si個ge通tong道dao的de情qing況kuang下xia，第di一yi個ge和he第di二er個ge示shi例li中zhong的de功gong率lv損sun耗hao分fen別bie接jie近jin2.8W和1.2W。

 

由於功率損耗隨著更高通道數模塊的使用而急劇增加，一種可能的解決方案是根據負載自適應地更改V_POS供應。您可以通過添加一個簡單的反饋網絡並使用降壓/升壓轉換器為負載提供必要的電源來實現。這樣的係統將如圖2所示的框圖。

 

圖2：具有降壓/升壓轉換器的高端電壓 - 電流轉換器

 

在這種設計技術中，降壓/升壓轉換器將檢測驅動負載的輸出FET的漏極 - 源極電壓，並產生內部成比例的誤差電流。通過複雜的狀態機算法，設備將決定降低或提升電源。該技術在四通道DAC8775中得以實現，從而實現更高的效率。

 

如果使用與第一個示例相同的值，當負載為1Ω時，降壓/升壓轉換器會將DAC的電源降低，從而獲得所需的最小電源。在DAC8775的情況下
，將低至4.5V。

 

如在第一個示例中，P_LOAD = I²R = 0.4mW。產生的總功率為P_generated = VI = 0.09W。電壓 - 電流轉換電路耗散其餘功率：0.09W-0.4mW = 89.6mW。因此，與示例1相比，功耗提高了8倍。

 

對於1kΩ負載情況，P_LOAD = I²R = 0.4W。所產生的總功率為P_generated = = 0.46W，因為降壓/升壓轉換器將V_POS設置為23V。電壓 - 電流轉換電路耗散其餘功率：0.46W-0.4W = 0.06W。因此，與沒有降壓/升壓轉換器反饋的設計相比，功耗提高了五倍。

 

DAC8775dexiaolvyedaozhixuyaogengduodereyouhuaxitong。zaijuyouhebujuyouzishiyinggonglvfankuidianludesitongdaoshejizhongbijiaoxinpiandejiewenxianshilexinpianwendudexianzhugaishan。tu3和圖4所示為DAC8775的測量結果，比較了在1Ω和1kΩ RLOAD情況下，使用和不使用降壓/升壓轉換器的模溫。從圖3可以看出
，這種技術可以將結溫提高至高達36°C。

 

當dang將jiang越yue來lai越yue多duo的de通tong道dao擠ji入ru更geng小xiao的de空kong間jian時shi，熱re優you化hua成cheng為wei區qu分fen模mo塊kuai功gong能neng的de關guan鍵jian性xing能neng參can數shu。在zai熱re量liang未wei優you化hua的de模mo塊kuai中zhong，係xi統tong故gu障zhang是shi常chang見jian的de，且qie由you於yu溫wen度du漂piao移yi較jiao大da，性xing能neng下xia降jiang。DAC8775由於其高集成度和高效率而解決了這兩個挑戰，並具有出色的DC和漂移性能。

 

圖3：R_LOAD的模溫為1Ω

 

圖4：1KΩ的R_LOAD的模溫

 

如果芯片溫度超過150℃，DAC8775提供過溫報警，這是豐富的智能診斷功能的其中一個特色，可幫助早期檢測故障。這些包括開路負載、短路、循環冗餘校驗（CRC）
、看門狗定時器和合規電壓。除了故障警報之外，設備還允許您選擇便於可靠的係統操作的預設操作。您可以告知設備什麼都不做、停機或進入預編程的安全碼。

 

 

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