LTC2945高度集成的數字電源監(jiān)視解決方案

電源監(jiān)控與控制機制相結合，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字電源監(jiān)視解決方案，其結構緊湊、堅固耐用且易于使用。它旨在適應需要使用最少組件進行電源監(jiān)控的應用。

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、模數轉換器 （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據，存儲最小值和最大值，并且當測量值超過其預編程限值時，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 的內部電流檢測放大器具有一個 0V 至 80V 的共模范圍，以適應多種高端和低端電流檢測應用。目前可用的大多數寬范圍電源監(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

次級電源通常加載有噪聲數字電路，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部電路的信號完整性。線性穩(wěn)壓器能夠提供 10mA 負載，從而節(jié)省了在某些應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 應用，該應用監(jiān)視一個 4V 至 80V 電源，并利用同一電源獲得電源?？偩€電壓通過內阻分壓器在SENSE引腳上測量，檢測電阻用于測量高壓側的負載電流。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 通過一個高端并聯穩(wěn)壓器獲得功率

圖 3b.LTC2945 在高端電流檢測拓撲中通過一個低側并聯穩(wěn)壓器獲得功率

圖 3c.LTC2945 在低側電流檢測拓撲中通過一個低側并聯穩(wěn)壓器獲取電源

圖 3d.LTC2945 采用一種低側電流檢測拓撲結構，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%。當在高端電流檢測應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 的并聯穩(wěn)壓器。

圖4.用于測量高壓側并聯穩(wěn)壓器配置中總線電壓的應用電路

如果電源的輸出為負，例如用于網絡、通信和高端計算設備的–48V分布式電源系統(tǒng)，則通常首選低側電流檢測，如圖3c和3d所示。圖 3c 示出了分流電阻器和 LTC2945 的并聯穩(wěn)壓器限制 INTV抄送至高于超過6V的負電源3.80V。更常見的是，負電源低于 80V，而內部線性穩(wěn)壓器可直接用于為 LTC2945 供電，如圖 3d 所示。在此配置中，VDDPIN通過內阻分壓器測量總線電壓。

在圖80c等低側電流檢測應用中測量超過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檢測低側并聯穩(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 固有地在整個轉換周期內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，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，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用中，因為其額定失調電壓對于 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.阿丁內嵌曲線

圖7.感應 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更有效的資源分配，并且通常是系統(tǒng)運行狀況的指標。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 讀取這些數據2C 讀取事務。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 位電源數據

對于使用數字伺服環(huán)路來調節(jié)系統(tǒng)功率輸出的應用，從監(jiān)視器讀回的功率數據需要單調且具有高分辨率，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 位總線電壓數據進行數字乘法而不截斷結果來產生 12 位電源數據。

光隔離和關斷

LTC2945 可通過串行 I 關斷2C 接口，將典型靜態(tài)電流降至 20μA，這對于電池供電應用尤其重要。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 信號來適應隔離式應用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，可以使用內部線性穩(wěn)壓器或并聯穩(wěn)壓器為I上的上拉電阻供電。2C總線。在不希望接斷內部穩(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 引腳通過內部 6.3V、3mA 箝位將器件限制在安全電壓內。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低于 80V 的應用中也是有利的。汽車拋負載情況下的電感反沖和熱插拔輸出短路導致的瞬態(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遠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。

當電感能量過高或不可預測時，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 高壓側功率監(jiān)視器，具有高達 200V 的浪涌保護

結論

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數字乘法器。數字看門狗功能（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