電源監(jiān)控與控制機制相結(jié)合,可以顯著提高系統(tǒng)能效和可靠性。LTC?2945 是一款高度集成的數(shù)字電源監(jiān)視解決方案,其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用且易于使用。它旨在適應(yīng)需要使用最少組件進行電源監(jiān)控的應(yīng)用。
圖 1 示出了 LTC2945 的功能框圖。集成了功率監(jiān)控所需的所有基本元件,包括精密電流檢測放大器、精密電阻分壓器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和 I2用于與主機控制器通信的 C 接口。只需要一個外部電流檢測電阻。主機可以定期輪詢 LTC2945 以獲取可用的功率數(shù)據(jù),存儲最小值和最大值,并且當(dāng)測量值超過其預(yù)編程限值時,可從 LTC2945 發(fā)送警報以中斷主機。
圖1.LTC2945 的功能框圖
監(jiān)控任何電源的電源
LTC2945 的內(nèi)部電流檢測放大器具有一個 0V 至 80V 的共模范圍,以適應(yīng)多種高端和低端電流檢測應(yīng)用。目前可用的大多數(shù)寬范圍電源監(jiān)視器都需要低壓次級電源才能工作,這可能由于以下幾個原因而不可取:
沒有合適的二次供應(yīng)
次級電源通常加載有噪聲數(shù)字電路,由于電源監(jiān)視器在較高頻率下的電源抑制比有限,因此必須進行充分濾波或旁路
次級電源存在,但不容易獲得 - 它位于印刷電路板上不方便,使電源線的布線復(fù)雜化
LTC2945 通過集成一個可直接采用 4V 至 80V 電源供電的高電壓線性穩(wěn)壓器來避免這些問題。線性穩(wěn)壓器(INTV抄送) 為 LTC2945 供電,并可在外部旁路以防止電源噪聲破壞內(nèi)部電路的信號完整性。線性穩(wěn)壓器能夠提供 10mA 負(fù)載,從而節(jié)省了在某些應(yīng)用中為光耦合器等電路供電所需的專用高壓線性穩(wěn)壓器的成本。
圖 2a 示出了一款典型的 LTC2945 應(yīng)用,該應(yīng)用監(jiān)視一個 4V 至 80V 電源,并利用同一電源獲得電源。總線電壓通過內(nèi)阻分壓器在SENSE引腳上測量,檢測電阻用于測量高壓側(cè)的負(fù)載電流。如果要監(jiān)視的總線電壓低于 2.7V,則 LTC2945 的電源可由圖 2b 所示的寬范圍次級電源或圖 2c 所示的低電壓次級電源獲得。+
圖 2a.LTC2945 從受監(jiān)控電源獲取電源
圖 2b.LTC2945 從寬范圍的次級電源獲得電源
圖 2c.LTC2945 從低電壓次級電源獲取電源
LTC2945 還在 INTV 上集成了一個 6.3V、35mA 并聯(lián)穩(wěn)壓器抄送用于工作電壓超過 80V 的引腳。圖 3a 示出了在一個此類應(yīng)用中使用的 LTC2945,其接地浮動在低于總線電壓 6.3V 的電壓下。總線電壓的大部分壓降通過一個外部分流電阻器;實際上,任何能夠脫離總線電壓并提供 LTC2945 工作電流的電流源都將正常工作。
圖 3a.LTC2945 通過一個高端并聯(lián)穩(wěn)壓器獲得功率
圖 3b.LTC2945 在高端電流檢測拓?fù)渲型ㄟ^一個低側(cè)并聯(lián)穩(wěn)壓器獲得功率
圖 3c.LTC2945 在低側(cè)電流檢測拓?fù)渲型ㄟ^一個低側(cè)并聯(lián)穩(wěn)壓器獲取電源
圖 3d.LTC2945 采用一種低側(cè)電流檢測拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從受監(jiān)控電源獲取電源
圖4顯示了如何使用匹配的PNP對和一些電阻來測量這種配置中的總線電壓。所示電阻值針對 V 進行了優(yōu)化在165V ±10%。當(dāng)在高端電流檢測應(yīng)用中唯一可用的次級電源超過 2945V 時,也可以如圖 3b 所示配置 LTC80 的并聯(lián)穩(wěn)壓器。
圖4.用于測量高壓側(cè)并聯(lián)穩(wěn)壓器配置中總線電壓的應(yīng)用電路
如果電源的輸出為負(fù),例如用于網(wǎng)絡(luò)、通信和高端計算設(shè)備的–48V分布式電源系統(tǒng),則通常首選低側(cè)電流檢測,如圖3c和3d所示。圖 3c 示出了分流電阻器和 LTC2945 的并聯(lián)穩(wěn)壓器限制 INTV抄送至高于超過6V的負(fù)電源3.80V。更常見的是,負(fù)電源低于 80V,而內(nèi)部線性穩(wěn)壓器可直接用于為 LTC2945 供電,如圖 3d 所示。在此配置中,VDDPIN通過內(nèi)阻分壓器測量總線電壓。
在圖80c等低側(cè)電流檢測應(yīng)用中測量超過3V的總線電壓,可以通過將電阻分壓器連接到ADIN引腳來完成,如圖5所示。
圖5.ADIN檢測低側(cè)并聯(lián)穩(wěn)壓器配置中的總線電壓。
±0.75% 總誤差測量精度
LTC2945 集成了一個過采樣 ΔΣ ADC,該 ADC 固有地在整個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)對測量電壓進行平均,以有效地抑制由瞬態(tài)尖峰和 AC 電源線諧波引起的噪聲。在整個工業(yè)溫度范圍內(nèi),滿量程測量總線電壓、檢測電壓和ADIN的總誤差小于±0.75%。
12 位 ΔΣ ADC 提供 102.4mV (25μV/LSB) 的滿量程電壓(檢測電壓)、102.4V (25mV/LSB) 的總線電壓和 2.048V (0.5mV/LSB) 的 ADIN 滿量程電壓。ADIN電壓和檢測電壓的典型積分線性誤差(INL)均在±0.5LSB以內(nèi),如圖6和圖7所示。LTC2945 還非常適合在測量的低端精度很重要的應(yīng)用中,因為其額定失調(diào)電壓對于 ADIN 低至 ±1.1LSB,在最壞情況下低至 ±3.1LSB (用于電流檢測電壓)。
圖6.阿丁內(nèi)嵌曲線
圖7.感應(yīng) INL 曲線
峰值跟蹤和高估/低估警報
在許多電源監(jiān)控系統(tǒng)中,跟蹤最小和最大測量值非常重要,因為它可用于研究使用行為以實現(xiàn)更有效的資源分配,并且通常是系統(tǒng)運行狀況的指標(biāo)。以前,收集此類信息需要系統(tǒng)的微處理器定期輪詢功率監(jiān)視器,這浪費了寶貴的計算時間,并可能占用電源監(jiān)視器。2C 接口。LTC2945 通過存儲功率、電壓、電流和 ADIN 的最小值和最大值解決了這一問題。LTC2945 上的頁面讀取功能允許僅用單個 I 讀取這些數(shù)據(jù)2C 讀取事務(wù)。ALERT 引腳還可以配置為發(fā)出超出功率、電壓、電流和 ADIN 限值或低于限值的信號。
未截斷的 24 位電源數(shù)據(jù)
對于使用數(shù)字伺服環(huán)路來調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率輸出的應(yīng)用,從監(jiān)視器讀回的功率數(shù)據(jù)需要單調(diào)且具有高分辨率,以最大程度地減少穩(wěn)定性問題。LTC2945 通過對 24 位檢測電壓和 12 位總線電壓數(shù)據(jù)進行數(shù)字乘法而不截斷結(jié)果來產(chǎn)生 12 位電源數(shù)據(jù)。
光隔離和關(guān)斷
LTC2945 可通過串行 I 關(guān)斷2C 接口,將典型靜態(tài)電流降至 20μA,這對于電池供電應(yīng)用尤其重要。光電隔離在高壓系統(tǒng)中很常見,出于安全原因,高壓部分必須進行電氣隔離。LTC2945 通過在 I 上分離 SDA 信號來適應(yīng)隔離式應(yīng)用2C接口與SDAI引腳和一個SDAO引腳(用于LTC2945-1,SDAOs),適用于具有光隔離器接口的應(yīng)用,如圖8所示。
圖8.10kHz I 的光隔離2LTC2945 和微控制器之間的 C 接口
對于有限的電流,可以使用內(nèi)部線性穩(wěn)壓器或并聯(lián)穩(wěn)壓器為I上的上拉電阻供電。2C總線。在不希望接斷內(nèi)部穩(wěn)壓器和無法獲得低電壓電源的情況下,LTC2945-1 允許上拉電阻器直接連接至高電壓。SCL 和 SDAI 引腳通過內(nèi)部 6.3V、3mA 箝位將器件限制在安全電壓內(nèi)。SDAO引腳反相(至SDAOs),因此可以被光隔離器輸入二極管的陽極箝位,如圖9所示。
圖9 1.5kHz I的光隔離2LTC2945-1 和微控制器之間的 C 接口
電源瞬變
LTC2945 的寬工作范圍即使在總線電壓通常遠(yuǎn)低于 80V 的應(yīng)用中也是有利的。汽車拋負(fù)載情況下的電感反沖和熱插拔輸出短路導(dǎo)致的瞬態(tài)電壓浪涌只是需要堅固的電源監(jiān)控解決方案以承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電壓的過壓條件的兩種可能情況。
LTC100 的 2945V 絕對最大額定值使得易于防范這些類型的電壓浪涌,因為有多種瞬態(tài)浪涌抑制器 (TVS) 二極管可供選擇。在某些應(yīng)用中,大型MOSFET功率器件可以擊穿以安全地削波電感尖峰,而在大多數(shù)12V和24V系統(tǒng)中,這些功率器件的擊穿電壓小于100V,從而可能否定對TVS二極管的要求。
當(dāng)電感能量過高或不可預(yù)測時,用TVS二極管或MOSFET擊穿硬鉗位電壓可能不切實際。圖 10 示出了一款基于 LTC2945 的電源監(jiān)視器,該監(jiān)視器能夠承受一個 200V 浪涌,其中其高電壓引腳被 T1 箝位至低于 80V。正常工作時,M1在三極管區(qū)域工作,器件地電壓比系統(tǒng)地高幾mV。在浪涌期間,器件接地由T1抬起,浪涌電壓的平衡在M1上下降。BSP149 具有 200V 擊穿電壓,浪涌持續(xù)時間受其安全工作區(qū)域的限制,例如在室溫下,它可以承受 200V 浪涌 1ms 在 V 下在.
圖 10.堅固耐用的 4V 至 80V 高壓側(cè)功率監(jiān)視器,具有高達 200V 的浪涌保護
結(jié)論
LTC?2945 是一款高度集成的功率監(jiān)視器,可輕松裝入多種系統(tǒng)。它提供 0V 至 80V 共模范圍、2.7V 至 80V 工作范圍、精度為 ±0.75% 的電壓和電流測量,以及用于計算功率的片內(nèi)數(shù)字乘法器。數(shù)字看門狗功能(如峰值和谷值以及窗口比較器)可用于電源、電壓、電流和外部電壓。通過分離式SDA引腳簡化了光隔離。LTC2945 采用節(jié)省空間的 3mm × 3mm QFN 封裝和 12 引腳 MSOP 封裝。
審核編輯:郭婷
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