对于工业应用而言，减小解决方案尺寸，降低组件成本和降低功率损耗变得越来越重要。可编程逻辑控制器（PLC）使用的模拟量I / O模块就是满足此类要求的一个很好的例子。 《工业4.0》指出了深度自动化与智能通信相结合的趋势。因此，在过程工程，工业自动化和设备管理中，PLC需要配备更多的I / O端口。如果空间有限并且控制器无法容纳更多的板子表面，那么我们必须增加模块密度以支持更多的I / O要求。优化电源设计显然有助于实现这些目标。让我们看一下模拟I / O模块电源设计的电源要求。图1：PLC I / O模块阵列模拟I / O模块通常使用4-20mA电流环路或+/- 10V信号传输。我们需要DAC / ADC进行转换，通常是5V电源。为了保护设备，同时也确保达到所需的性能，需要隔离电源导轨以抵消接地偏移或噪声。因此，模拟量I / O模块需要5V电压轨和+/- 12至+/- 15V的独立电压轨用于电压信号传输或电流环路灌/拉，该电流与24V电压轨隔离以提供电源。图2显示了一个常见的实现。图2：在一般的电源实施方案中，电源及其设计是否有优化的空间？分析从哪里开始，变压器是最合适的。由于它具有两个次级绕组，因此生产成本和占地面积都相对较大。更重要的是，其侧面高度约为5mm。在节省空间之后，可以实现更小的开关柜，或者可以容纳更多的I / O模块，同时可以显着降低成本。理想情况下，有源模块可以和无源端子一样薄。最后，开发板的侧面高度也需要降低。让我们从这个想法开始。如果我们使用1：1单个次级绕组变压器，则在反激式转换器配置中，我们可以使用边高仅为1.8mm的成本优化组件。将LM5160反激转换器的输出设置为5V，并且您无需使用降压转换器。为了产生+/- 12V至+/- 15V的分离轨输出，可以进一步优化完全集成的TPS65130分离轨转换器。该器件集成了一个用于正电压输出的升压转换器和一个用于负电压输出的反相降压-升压级。由于输出电压受到严格控制，因此还有另一个积极的副作用：我们可以移除两个LDO。从功率转换效率的角度来看，将电源分成两个转换级是一个缺点。但是，现在已经对5V电压轨进行了优化-在第一个设计中，它必须经历两个阶段。此外，该设计还删除了两个LDO，每个LDO均可将电压降低约2V。因此，导致系统发热的LDO功率损耗消失了。图3显示了新的解决方案。图3：新的电源实现解决方案此解决方案仅需要两个有源设备，最大组件高度仅为1.8mm，这样的扁平设计甚至可以轻松穿过门缝。开发板所需的面积减少了一半。超薄模拟I / O模块可以以最佳成本构建，输出电压也得到精确控制，并且其电压纹波低至5mV。小型隔离式模拟DC / DC转换器参考设计（TIDA-00689）中提到了此概念，包括系统说明，原理图，布局建议和材料清单。测试报告包括测试数据和热测量。更多资源：LM5160宽输入65V，1.5A同步降压DC-DC转换器TPS65130正负输出隔离式轨转换器