LTC2945高度集成的數(shù)字電源監(jiān)視解決方案

電源監(jiān)控與控制機(jī)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(jiān)固耐用且易于使用。它旨在適應(yīng)需要使用最少組件進(jìn)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(cè)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(jī)控制器通信的 C 接口。只需要一個(gè)外部電流檢測(cè)電阻。主機(jī)可以定期輪詢 LTC2945 以獲取可用的功率數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)最小值和最大值，并且當(dāng)測(cè)量值超過其預(yù)編程限值時(shí)，可從 LTC2945 發(fā)送警報(bào)以中斷主機(jī)。

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(cè)放大器具有一個(gè) 0V 至 80V 的共模范圍，以適應(yīng)多種高端和低端電流檢測(cè)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(jí)電源才能工作，這可能由于以下幾個(gè)原因而不可取：

沒有合適的二次供應(yīng)

次級(jí)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(jìn)行充分濾波或旁路

次級(jí)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(gè)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(hào)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(gè) 4V 至 80V 電源，并利用同一電源獲得電源?？偩€電壓通過內(nèi)阻分壓器在SENSE引腳上測(cè)量，檢測(cè)電阻用于測(cè)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(jí)電源或圖 2c 所示的低電壓次級(jí)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(jí)電源獲得電源

圖 2c.LTC2945 從低電壓次級(jí)電源獲取電源

LTC2945 還在 INTV 上集成了一個(gè) 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(gè)此類應(yīng)用中使用的 LTC2945，其接地浮動(dòng)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(gè)外部分流電阻器;實(shí)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(gè)高端并聯(lián)穩(wěn)壓器獲得功率

圖 3b.LTC2945 在高端電流檢測(cè)拓?fù)渲型ㄟ^一個(gè)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(cè)拓?fù)渲型ㄟ^一個(gè)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(cè)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(duì)和一些電阻來測(cè)量這種配置中的總線電壓。所示電阻值針對(duì) V 進(jìn)行了優(yōu)化在165V ±10%。當(dāng)在高端電流檢測(cè)應(yīng)用中唯一可用的次級(jí)電源超過 2945V 時(shí)，也可以如圖 3b 所示配置 LTC80 的并聯(lián)穩(wěn)壓器。

圖4.用于測(cè)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(jì)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(cè)，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(cè)量總線電壓。

在圖80c等低側(cè)電流檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)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(cè)低側(cè)并聯(lián)穩(wěn)壓器配置中的總線電壓。

±0.75% 總誤差測(cè)量精度

LTC2945 集成了一個(gè)過采樣 ΔΣ ADC，該 ADC 固有地在整個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)對(duì)測(cè)量電壓進(jìn)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(gè)工業(yè)溫度范圍內(nèi)，滿量程測(cè)量總線電壓、檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量的低端精度很重要的應(yīng)用中，因?yàn)槠漕~定失調(diào)電壓對(duì)于 ADIN 低至 ±1.1LSB，在最壞情況下低至 ±3.1LSB （用于電流檢測(cè)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(bào)

在許多電源監(jiān)控系統(tǒng)中，跟蹤最小和最大測(cè)量值非常重要，因?yàn)樗捎糜谘芯渴褂眯袨橐詫?shí)現(xiàn)更有效的資源分配，并且通常是系統(tǒng)運(yùn)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(fèi)了寶貴的計(jì)算時(shí)間，并可能占用電源監(jiān)視器。2C 接口。LTC2945 通過存儲(chǔ)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(yè)面讀取功能允許僅用單個(gè) 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(hào)。

未截?cái)嗟?24 位電源數(shù)據(jù)

對(duì)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(duì) 24 位檢測(cè)電壓和 12 位總線電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字乘法而不截?cái)嘟Y(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(duì)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(jìn)行電氣隔離。LTC2945 通過在 I 上分離 SDA 信號(hào)來適應(yīng)隔離式應(yīng)用2C接口與SDAI引腳和一個(gè)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(duì)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(wú)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(yáng)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(jiān)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(duì)最大額定值使得易于防范這些類型的電壓浪涌，因?yàn)橛卸喾N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(duì)TVS二極管的要求。

當(dāng)電感能量過高或不可預(yù)測(cè)時(shí)，用TVS二極管或MOSFET擊穿硬鉗位電壓可能不切實(shí)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(gè) 200V 浪涌，其中其高電壓引腳被 T1 箝位至低于 80V。正常工作時(shí)，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(shí)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(jiān)固耐用的 4V 至 80V 高壓側(cè)功率監(jiān)視器，具有高達(dá) 200V 的浪涌保護(hù)

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(cè)量，以及用于計(jì)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(jiǎn)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