你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

從信號鏈到電源管理,給你一個完整的無線電流檢測電路

發布時間:2018-01-31 責任編輯:wenwei

【導讀】測量流經檢測電阻的電流似乎很簡單——放大電壓,用ADC讀取,就可以知道電流是多少;但如果檢測電阻上的電壓與系統地電壓相差很遠,檢測就會變得比較困難,這時,典型的解決方案是在模擬域或數字域消弭該電壓差。但今天在這里,我們將介紹一種不同的解決方法——無線。
 
Why?
 
模擬電流檢測IC是緊湊型解決方案,但其可承受的電壓差受限于半導體工藝。很難找到額定電壓超過100V的器件。如果檢測電阻共模電壓迅速變化或在系統地電壓上下擺動,這些電路便無法精確測量。
 
數字隔離技術(磁或光學)體積有點大,但能以高精度工作,并且通常可以承受數千伏電壓。這些電路需要隔離電源,但有時可以將它集成在隔離器中。如果檢測電阻與主系統在物理上隔開,那么可能還要使用長導線或電纜。
 
NOTE
 
無線電流檢測電路克服了上述諸多限制。讓整個電路隨同檢測電阻的共模電壓浮空,并在空中無線傳輸測量數據,電壓限制也就無從談起。檢測電阻可以位于任何地方,無需布置電纜。如果電路功耗非常低,那么甚至不需要隔離電源,一個小電池便能讓它運行多年。
 
設計概覽
 
圖1顯示了設計的框圖。該電流檢測電路基于斬波穩定運算放大器LTC2063,其用來放大檢測電阻上的壓降。微功耗SAR ADC AD7988將值數字化,并通過一個SPI接口報告結果。LTP5901-IPM是無線電模塊,不僅包含無線電,而且含有自動形成IP網格網絡所需的組網固件。
 
從信號鏈到電源管理,給你一個完整的無線電流檢測電路
圖1. 低功耗無線電流檢測電路由一個低功耗斬波運算放大器(用以放大檢測電壓)組成,利用低功耗ADC和基準電壓源進行數字化處理,連接到SmartMesh IP無線電模塊。電池輸出到低功耗DC-DC轉換器得到恒定電源,同時記錄從電池獲取的電荷。
 
此外,LTP5901-IPM內置微處理器以讀取AD7988 ADC SPI端口。LTC3335是一款低功耗DC-DC電源,其將電池電壓轉換為恒定輸出電壓。LTC3335還含有庫侖計,用以報告從電池獲取的累計電荷。
 
信號鏈
 
LTC2063是一款超低功耗斬波穩定運算放大器,其最大電源電流為2μA,特別適合電池供電應用。失調電壓小于10 μV,因此它可以測量非常小的壓降而不會喪失精度。
 
圖2顯示LTC2063配置用來放大10 mΩ檢測電阻上的電壓并進行電平轉換。選擇適當的增益,使檢測電阻的±10 mV滿量程輸入(對應于±1 A電流)映射到接近輸出端的滿量程范圍,其以1.5 V為中心。這一放大信號被輸入至16位SAR ADC。選擇AD7988是因為其極低的待機電流和良好的直流精度。采樣速率較低時,ADC在兩次轉換之間自動關斷,1 kSPS時的平均功耗低至10 μA。LT6656用于偏置放大器、電平轉換電阻和ADC基準輸入。LT6656 基準電壓源功耗小于1 μA,可驅動高達 5 mA負載,壓差很低,因此即使采用3.3 V系統電源供電,它也很容易輸出精密3 V電壓。
 
從信號鏈到電源管理,給你一個完整的無線電流檢測電路
圖2. 電流檢測電路隨同檢測電阻電壓浮空。斬波運算放大器LTC2063放大檢測電壓,把它偏置到AD7988 ADC的中間軌。LT6656-3提供精密3 V基準電壓源。
 
此信號鏈中有三個大致相等的失調誤差源,相對于±10 mV滿量程輸入,它們共同貢獻大約0.5%的誤差。這包括LTC2063和AD7988的失調電壓,以及電平轉換電阻的不匹配(推薦使用0.1%電阻)。單點校準可在很大程度上消除該失調。增益誤差一般以可用檢測電阻的不精確性為主,它往往比LT6656基準電壓源的0.05%、10 ppm/°C規格還要差。
 
電源管理
 
LTC3335是一款集成庫侖計的納安功耗降壓-升壓轉換器。它配置用來從1.8 V到5.5 V的輸入電源產生3.3 V穩壓輸出。這使得該電路可以利用兩節堿性原電池的電源供電。對于占空比型無線應用,負載電流的變化范圍很容易達到1 μA至20 mA,取決于無線電是處于工作模式還是睡眠模式。LTC3335在空載時的靜態功耗僅680 nA,因此當無線電和信號鏈處于睡眠模式時,整個電路的運行功耗非常低。
 
另外,LTC3335可以輸出多達50 mA的電流,在無線電發射/接收期間可輕松提供足夠的功率,故適合各種信號鏈電路。LTC3335還內置一個庫侖計,非常方便。切換時,它會記錄從電池獲取的總電荷。此信息可通過I2C接口讀出,用來預測何時需要更換電池。
 
無線組網
 
LTP5901-IPM是一個完整的無線電模塊,包括無線電收發器、嵌入式微處理器和SmartMesh IP組網軟件。LTP5901-IPM在本應用中執行兩個功能:無線組網和管理(進程)。當網絡管理器附近有多個SmartMesh IP終端上電時,這些終端會自動識別彼此,形成一個無線網格網絡。整個網絡自動進行時間同步,這意味著每臺無線電僅在非常短的特定時間間隔內上電。因此,各節點不僅是傳感器信息源,而且充當路由節點,用以將數據從其他節點傳遞到管理器。這樣就形成一個高可靠性、低功耗網格網絡,從各節點到管理器有多條路徑可走,不過所有節點(包括路由節點)的工作功耗都非常低。
 
LTP5901-IPM包括一個運行組網軟件的ARM? Cortex?M3微處理器內核。此外,用戶可以寫入應用固件以完成特定于用戶應用的任務。在本例中,LTP5901-IPM內部的微處理器讀取電流測量ADC(AD7988)的SPI端口和庫侖計(LTC3335)的I2C端口。微處理器還能將斬波運算放大器(LTC2063)置于關斷模式,使其功耗從2 μA進一步降低至200 nA。在測量間隔時間極長的使用場合中,這可以節省更多功耗。
 
總功耗
 
完整應用電路的總功耗取決于多種因素,包括信號鏈多長時間獲取一次讀數、節點在網絡中如何配置等等。對于一個每秒報告一次的終端,測量電路的典型功耗低于5 μA,無線電的典型功耗可能為40 μA,很小的電池即可讓它工作數年。
 
結論
 
Linear Technology和ADI信號鏈、電源管理、無線組網產品的結合,使得我們可以設計真正的無線電流檢測電路。圖3顯示了一個實現示例。
 
從信號鏈到電源管理,給你一個完整的無線電流檢測電路
圖3. 在小型PCB上實現的一個完整無線電流檢測電路。唯一的物理連接是待測電流的香蕉插座。無線電模塊如右圖所示。電路由連接到板背面的兩節AAA電池供電
 
新型超低功耗斬波運算放大器LTC2063可以精確讀取檢測電阻上的小壓降。包括微功耗ADC和基準電壓源在內的整個電路隨同檢測電阻的共模電壓浮空。只要一個小電池,納安功耗LTC3335開關穩壓器便可為該電路供電數年之久,同時利用內置庫侖計報告電池累計使用率。LTP5901-IPM無線模塊管理整個應用,自動連接到一個高可靠性SmartMesh IP網絡。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
推薦閱讀:



有了這組電路,輕松實現精密10V輸出
電纜分配系統帶內失真?超寬帶數字預失真教你“以毒攻毒”
原來數據轉換器中的DDC和DUC通道是這樣工作的
雙端口與回歸比分析
突破開關電源噪聲大的魔咒,最強“魔法”在此
 
 
 
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索

關閉

關閉

河北体彩排列五走势图 2014年3月5日上证指数 彩票360基本走势图 山西快乐十分前三基本走势 股票涨跌幅怎么有20 彩票之家社区论坛 双色球走势图 近30期 福建快3三开奖结果 北京快乐8人工计划 配资公司!鑫配资 11旺娱乐城博彩网站 天保基建股票 英国五分彩网站 九江股指期货配资 哪个时时彩平台最好 2014年2月19上证指数 山西11选五遗漏查询