工业制作业正在阅历巨大的革新。受工业4.0和工业物联网（IIoT）等政府倡议的计划驱动，职业安排都在活跃热衷于获取和运用从巨大传感器网络中搜集的数据。这种机制具有许多潜在的优点，能够发生可进步出产运营功率的剖析性主张，而相关工厂能够施行猜测性维护、修补和操作（MRO）计划。就这种运用而言，对磨损部件的状况进行监督（例如，经过振荡传感器检测电机的轴承磨损）至关重要。这些新见地以及优化运营的才能能够协助相关的组织开释潜能，将其设备彻底转化为根据服务的高效运营。事实上，许多工业制作设备供货商正在这样施行。
可是，要构建一个以工业数据为导向的环境需求很多设备，这些包括从紧凑型传感器和强壮的通讯网关，到必不可少的可编程操控器等硬件。这些设备不只其相关的本钱很高，而且还需求考虑将其放置在工厂车间的方位。一般工厂车间的空间十分名贵，因此特定出产线的一切操控设备一般都需求安置在单个操控柜内。反过来，这意味着需求把越来越多的电子体系压缩到有限的空间中。为了创立更小的规划，工程师需求挑选体积尽或许小的被迫元件和IC。除了体积细巧之外，这些组件还有必要具有优化的热办理和低EMI特性，以便完结更高程度的集成，因此终究解决计划有必要愈加紧凑，而且要防止呈现热办理方面的问题，它们有必要具有更高的动力功率。
运用实例
除了使规划体积更小之外，工程师还有必要尽力开发产品使之能够在电气噪声环境中可靠地运转。更高的自动化程度意味着更多地运用电动设备，而运用电机和执行器等设备或许发生高压瞬态。瞬态尖峰会损坏活络的电路，并搅扰传感器丈量值的准确读取，尤其是触及有模仿信号参加其间的状况。当今的发展趋势是在丈量完结之后尽快将模仿信号转化为数字式，但这依然会使模数转化器（ADC）和数模转化器（DAC）电路简单遭到此类传导瞬态影响。对信号的电气或电流阻隔，是一种能够减轻瞬态影响的技能。阻隔也需求防止损坏所衔接的电路，以及满意电气安全认证的要求，传感器与其相关ADC和主机微操控器之间的阻隔是一个需求慎重考虑的进程。在状况监督示例中，传感器直接衔接到由线路供电的电机，这为杂散电压供给了回来主机的潜在途径。阻隔需求保证传感器或ADC上存在的破坏性电压尖峰或走漏电流永久不会抵达微操控器。在此示例中，ADC也将需求由阻隔式电源供电。为了完结这种高阻隔度，需求对电源和数据信号都进行阻隔，而且一般运用带阻隔功用的DC-DC转化器和数字信号阻隔IC，见图1。
图1：衔接到主机微操控器的状况监控模仿前端功用框图。（来历：贸泽电子）
削减BOM和PCB占用空间
经过将电源转化和办理集成在一起，电源阻隔和数字信号阻隔（SPI）集成在单个IC中，不只能够节约很多的电路板空间，而且还能够削减物料清单。ADI公司的 ADP1031 便是这样一个IC示例，它将一切这些功用集成到一个LFCSP 7mm x 9mm紧凑型封装，能够在4.5V～60V的宽电源电压规模内作业，在微功耗办理单元（PMU）中内置有3个微功耗DC-DC转化器，包括一个阻隔式反激稳压器，一个反相稳压器和一个降压转化器。ADP1031可供给高达2.0W的总功率，功率在80％至90％之间。就架构而言，它包括四个双向高速阻隔通道（可包容一个SPI接口）、三个阻隔通用I/O通道（运用ADI公司的iCoupler专利技能），见图2。
图2：ADI公司带有七个数字阻隔器的ADP1 031三通道、阻隔式微功耗办理单元的主要功用，图中包括了反激式转化器变压器等外部组件。（来历：ADI公司）
ADP1031的电源办理单元除了具有许多可编程反激和逆变器转化器选项以外，还具有软启动上电、输入过流和输出过压维护等功用。ADP1031内置一个用于反激式转化器的MOSFET开关，仅需求最少数的外部被迫元件和反激式阻隔1：1比率变压器即可作业，一切三个电源域的输入至输出阻隔为300V。此外，ADP1031除了契合CISPR11（EN 55011）B类辐射水平外，还能够操控转化器的转化率（slew rate），然后有助于改进电磁搅扰（EMI）功用。
ADP1031经过优化，可与ADI公司的单通道16位分辨率 DAC IC Analog Devices AD5758 协作运用（见图3）。经过ADP1031和AD5758的组合，能够针对根本300V阻隔要求供给认证，然后加速规划进程，是工程师应该考虑的低危险途径。
图3：为ADI公司AD5758 DAC供电的模仿输出运用。 （来历：ADI公司）
变压器和电感的挑选
在优化ADP1031反激式转化器的规划时，有必要考虑变压器的挑选。ADP1031的反应计划不再需求反激变压器中的反应绕组，因此该反激变压器只包括一个初级绕组和一个次级绕组，这种简化导致了具有更低DCR和更低漏感的小型变压器，而且能够挑选现成的商用变压器，使规划工程师的规划作业愈加轻松。挑选一个规划好的，具有低漏电感和低d.c电阻的微型变压器，关于规划的EMI特性和能效会有十分大影响。所需的变压器比率将由挑选的输入和输出电压来确认。经过与ADI公司协作，变压器专业厂商Coilcraft开发了两款专门与ADP1031器材协作运用的变压器，它们分别是 Coilcraft WA8478 和 Coilcraft YA9293 ，两者的变压器比率份额均为1：1，可答应4.5V～60V的输入电压，具有2250Vrms的阻隔度，并采用了爬电间隔和电气空隙等规划用于根本绝缘。这些变压器还经过AEC-Q200 1级认证，使其适合于环境温度规模为-40°C～+125°C的轿车运用。WA8478的标称漏电感为1.2µH，YA9293的标称漏电感为1.62µH。
Coilcraft还供给PA6594-AE 47mH电感器，该电感器经过优化，可与具有集成降压转化器功用的ADI公司AD5758 16位DAC IC协作运用。PA6594-AE电感器占位面积小，高度仅为1.8mm。
定论
考虑到当今空间受限的规划，能够挑选在同一封装中集成多个功用的IC以及经过优化的被迫元件，这样能够协助缩小规划所需的全体PCB面积。ADP1031经过在7mm x 9mm封装中结合电源办理和串行通讯阻隔功用能够满意这一要求，结合运用ADP1031与优化的Coilcraft变压器能够供给更高功用和更小尺度的解决计划。
