电子产品世界 » 论坛首页 » 综合技术 » 电源模拟 » ADI产品+Linear产品,组成的无线电流检测电路


共2条 1/1 1 跳转至

ADI产品+Linear产品,组成的无线电流检测电路

菜鸟
2017-08-30 23:27:37    评分

之前的参考电路,你们都了解了吗?→采用ADI/LTC产品组合的超高精度可编程电压源

 

那就继续我们的“组合参考电路”系列,今天的电路将告诉我们如何进行无线电流检测。原文:https://ezchina.analog.com/thread/16745

 

测量流经检测电阻的电流似乎很简单。放大电压,用ADC读取,不就知道电流是多少吗;但如果检测电阻本身的电压与系统地电压相差很远,检测就会变得比较困难。典型解决方案是在模拟域或数字域消弭该电压差。但这里介绍一种不同的方法——无线。

 

模拟电流检测IC是紧凑型解决方案,但其可承受的电压差受限于半导体工艺。很难找到额定电压超过100V的器件。如果检测电阻共模电压迅速变化或在系统地电压上下摆动,这些电路便无法精确测量。

 

数字隔离技术(磁或光学)体积有点大,但能以高精度工作,并且通常可以承受数千伏电压。这些电路需要隔离电源,但有时可以将它集成在隔离器中。如果检测电阻与主系统在物理上隔开,那么可能还要使用长导线或电缆。

 

无线电流检测电路克服了上述诸多限制。让整个电路随同检测电阻的共模电压浮空,并在空中无线传输测量数据,电压限制也就无从谈起。检测电阻可以位于任何地方,无需布置电缆。如果电路功耗非常低,那么甚至不需要隔离电源,一个小电池便能让它运行多年。

设计概览

1显示了设计的框图。该电流检测电路基于斩波稳定运算放大器LTC2063,其用来放大检测电阻上的压降。微功耗SAR ADC AD7988将值数字化,并通过SPI接口报告结果。LTP5901-IPM是无线电模块,不仅包含无线电,而且含有自动形成IP网格网络所需的组网固件。此外,LTP5901-IPM内置微处理器以读取AD7988 ADC SPI端口。LTC3335是一款低功耗DC/DC电源,其将电池电压转换为恒定输出电压。LTC3335还含有库仑计,用以报告从电池获取的累计电荷。

 

1:低功耗无线电流检测电路由一个低功耗斩波运算放大器(用以放大检测电压)组成,利用低功耗ADC和基准电压源进行数字化处理,连接到SmartMesh IP无线电模块。低功耗DC/DC转换器调理电池,同时记录从电池获取的电荷。

 

信号链

LTC2063是一款超低功耗、斩波稳定运算放大器。其最大电源电流为2μA,特别适合电池供电应用。失调电压小于10μV,因此它可以测量非常小的压降而不会丧失精度。图2显示LTC2063配置用来放大10mΩ检测电阻上的电压并进行电平转换。选择适当的增益,使检测电阻的±10mV满量程(对应于±1A电流)映射到接近输出端的满量程范围,其以1.5V为中心。此放大信号送入16SAR ADC中。选择AD7988是因为它有非常低的待机电流和良好的直流精度。采样速率较低时,ADC在两次转换之间自动关断,1ksps时的平均功耗低至10μALT6656用于偏置放大器、电平转换电阻和ADC基准输入。LT6656基准电压源功耗小于1μA,可驱动高达5mA负载,压差很低,因此即使采用3.3V系统电源供电,它也很容易输出精密3V电压。

 

此信号链中有三个大致相等的失调误差源,相对于±10mV满量程输入,它们共同贡献大约0.5%的误差。这包括LTC2063AD7988的失调电压,以及电平转换电阻的不匹配(推荐使用0.1%电阻)。单点校准可在很大程度上消除该失调。增益误差一般以可用检测电阻的不精确性为主,它往往比LT6656基准电压源的0.05%10ppm/°C规格还要差。

 

2:电流检测电路随同检测电阻电压浮空。斩波运算放大器LTC2063放大检测电压,把它偏置到AD7988 ADC的中间轨。LT6656-3提供精密3V基准电压源。

 

电源管理

LTC3335是一款集成库仑计的纳安功耗降压-升压转换器。它配置用来从1.8V5.5V的输入电源产生3.3V稳压输出。这使得该电路可以利用两节碱性原电池之类的电源供电。对于占空比型无线应用,负载电流的变化范围很容易达到1μA20mA,取决于无线电是处于工作模式还是睡眠模式。LTC3335在空载时的静态功耗仅680nA,因此当无线电和信号链处于睡眠模式时,整个电路的功耗非常低。另外,LTC3335可以输出多达50mA的电流,在无线电发射/接收期间可轻松提供足够的功率,故适合各种信号链电路。

 

LTC3335还内置一个库仑计,非常方便。切换时,它会记录从电池获取的总电荷。此信息可通过I2C接口读出,用来预测何时需要更换电池。

 

无线组网

LTP5901-IPM是一个完整的无线电模块,包括无线电收发器、嵌入式微处理器和SmartMesh IP组网软件。LTP5901-IPM在本应用中执行两个功能:无线组网和管理微处理器。当网络管理器附近有多个SmartMesh IP尘埃上电时,这些尘埃会自动识别彼此,形成一个无线网格网络。整个网络自动进行时间同步,这意味着每台无线电仅在非常短的特定时间间隔内上电。因此,各节点不仅是传感器信息源,而且充当路由节点,用以将数据从其他节点传递到管理器。这样就形成一个高可靠性、低功耗网格网络,从各节点到管理器有多条路径可走,不过所有节点(包括路由节点)的工作功耗都非常低。

 

LTP5901-IPM包括一个运行组网软件的ARM Cortex-M3微处理器内核。此外,用户可以写入应用固件以完成特定于用户应用的任务。在本例中,LTP5901-IPM内部的微处理器读取电流测量ADC (AD7988)SPI端口和库仑计(LTC3335)I2C端口。微处理器还能将斩波运算放大器(LTC2063)置于关断模式,使其功耗从2μA进一步降低至200nA。在测量间隔时间极长的使用场合中,这可以节省更多功耗。

 

总功耗

完整应用电路的总功耗取决于多种因素,包括信号链多长时间获取一次读数、节点在网络中如何配置等等。对于一个每秒报告一次的尘埃,测量电路的典型功耗低于5μA,无线电的典型功耗可能为40μA,很小的电池即可让它工作数年。

 

3:在小型PCB上实现的一个完整无线电流检测电路。唯一的物理连接是待测电流的香蕉插座。无线电模块如右图所示。电路由连接到板背面的两节AAA电池供电。

 

Linear TechnologyADI公司信号链、电源管理、无线组网产品的结合,使得我们可以设计真正的无线电流检测电路。图3显示了一个实现示例。新型超低功耗斩波运算放大器LTC2063可以精确读取检测电阻上的小压降。包括微功耗ADC和基准电压源在内的整个电路随同检测电阻的共模电压浮空。只要一个小电池,纳安功耗LTC3335开关稳压器便可为该电路供电数年之久,同时利用内置库仑计报告电池累计使用率。LTP5901-IPM无线模块管理整个应用,自动连接到一个高可靠性SmartMesh IP网络。




专家
2017-08-31 08:26:54    评分
2楼

谢谢楼主推荐。


共2条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]