【導(dǎo)讀】隨著當(dāng)今電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的不斷增加，管理功耗及優(yōu)化整體效率變得愈加重要。從工業(yè)和電信應(yīng)用到汽車(chē)和醫(yī)療設(shè)備，準(zhǔn)確的電源電壓和電流監(jiān)視對(duì)于其中的節(jié)能和可靠性保證都是十分關(guān)鍵的。電路板級(jí)的電源監(jiān)視不再僅見(jiàn)于機(jī)架和服務(wù)器，許多非傳統(tǒng)的應(yīng)用也迅速成為了電源監(jiān)視的用武之地，太陽(yáng)能充電器、軍事武器及先進(jìn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品等只是其中為數(shù)不多的幾種而已。
隨著當(dāng)今電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的不斷增加，管理功耗及優(yōu)化整體效率變得愈加重要。從工業(yè)和電信應(yīng)用到汽車(chē)和醫(yī)療設(shè)備，準(zhǔn)確的電源電壓和電流監(jiān)視對(duì)于其中的節(jié)能和可靠性保證都是十分關(guān)鍵的。電路板級(jí)的電源監(jiān)視不再僅見(jiàn)于機(jī)架和服務(wù)器，許多非傳統(tǒng)的應(yīng)用也迅速成為了電源監(jiān)視的用武之地，太陽(yáng)能充電器、軍事武器及先進(jìn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品等只是其中為數(shù)不多的幾種而已。更為智能的高效系統(tǒng)以及一個(gè)相互關(guān)聯(lián)度更高的世界持續(xù)激起終用戶(hù)對(duì)于控制和掌握電氣參數(shù)的需求，旨在始終堅(jiān)持綠色環(huán)保并節(jié)約寶貴的資源。
雖然分立式電源監(jiān)視解決方案可以使用一個(gè)微處理器和少量的其他組件來(lái)設(shè)計(jì)，但是系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)包括數(shù)據(jù)輪詢(xún)、參數(shù)乘法或數(shù)據(jù)分析，上佳的電源監(jiān)視 IC可提供一種能緩解諸多此類(lèi)繁重任務(wù)的簡(jiǎn)單解決方案。如果獲知了電壓、電流或功率級(jí)別，就能即時(shí)了解系統(tǒng)的健康狀況?？赡苤恍枘撤N參數(shù)警報(bào)就能提供故障的早期檢測(cè)，從而能夠在災(zāi)難性事件發(fā)生之前采取預(yù)防性措施。或者，也可以通過(guò)掌握使用模式 (例如：吸收電流隨時(shí)間的變化情況) 來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)。利用此類(lèi)信息便可相應(yīng)地進(jìn)行資源的轉(zhuǎn)用，即把過(guò)度使用的部件之工作任務(wù)卸載至那些未充分使用的部件。
電源監(jiān)視器角色模型
電源監(jiān)視器有許多不同的設(shè)計(jì)方法，考慮到監(jiān)視系統(tǒng)電源輸入需要多種組件，因此這一點(diǎn)并不令人驚訝。為測(cè)量電流，需要采用檢測(cè)電阻器和放大器，而且，如果放大器共模范圍擴(kuò)展至正電源軌并將其輸出轉(zhuǎn)移至地，則是便利的。測(cè)量電壓需要高精度的阻性分壓器，且倘若需要監(jiān)視的電壓不止一個(gè)，那么還必須在材料清單中添加一個(gè)多路復(fù)用器。接下來(lái)是一個(gè)多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，以及一個(gè)高精度基準(zhǔn)和某種與微處理器實(shí)現(xiàn)接口的工具，同時(shí)還可能與相鄰的 IC共享 I/O 線(xiàn)。假如需要檢測(cè)值和值或警報(bào)，則必需編寫(xiě)并持續(xù)不斷地執(zhí)行代碼。由于整體復(fù)雜性很高且不容易找到合適的組件，因此不難看出電源監(jiān)視適合采用集成型解決方案。
通過(guò)把所有必要的功能部件集成在一個(gè)小型 3mm x 3mm QFN 或 MS12 封裝中，凌力爾特的 LTC2945 非常適用于眾多由于空間、復(fù)雜性或成本原因而無(wú)法采用分立式解決方案的應(yīng)用。LTC2945 的工作電壓雖低至 2.7V，但能監(jiān)視任何 0V 至 80V 電源軌的電壓和電流，及其自身特有的電源電壓和一個(gè)附加的電壓輸入。一個(gè)內(nèi)置的并聯(lián)穩(wěn)壓器可為高于 80V 的電源提供支持。為實(shí)現(xiàn)靈活性，將檢測(cè)電阻器外置，從而允許 LTC2945 準(zhǔn)確地監(jiān)視從 mA 級(jí)至 A 級(jí)甚至更大的電流。該 ADC 具有 12 位分辨率、一個(gè)對(duì)于電壓為 0.75% 以及對(duì)于電流為 0.75% 的總未調(diào)整誤差 (TUE)。而且，附加 ADC 輸入 (ADIN 引腳) TUE 也僅為 0.75%。此外，LTC2945 還集成了一個(gè)數(shù)字乘法器，該乘法器可計(jì)算一個(gè) 24 位功率結(jié)果，并把該數(shù)值與測(cè)量、狀態(tài)和用戶(hù)配置一起存儲(chǔ)在可通過(guò) I2C 訪(fǎng)問(wèn)的寄存器中。
圖 1：LTC2945 的簡(jiǎn)化方框圖
LTC2945 正設(shè)法進(jìn)入許多復(fù)雜和空間受限的應(yīng)用，包括 RAID 系統(tǒng)、電信、交通運(yùn)輸、太陽(yáng)能監(jiān)視系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī) / 控制系統(tǒng)。幸運(yùn)的是：該器件只需要進(jìn)行幾個(gè)簡(jiǎn)單的連接。圖 2 示出了 LTC2945 監(jiān)視一個(gè) 3.3V 微處理器的輸入電壓和電流以及由 12V 電源供電的情形。僅需的外部組件是一個(gè)檢測(cè)電阻器和 3 個(gè)上拉電阻器。
圖 2：采用 12V VDD 輸入的 LTC2945 輸入電源監(jiān)視器
由于具有很寬的軌至軌工作范圍，因此 LTC2945 適用于許多不同的低電壓和高電壓系統(tǒng)。不僅額定值為 100V 的電源和檢測(cè)引腳提供了很大的裕量 (例如：在 48V 或 -48V 應(yīng)用中)，而且零電壓檢測(cè)監(jiān)視能力在監(jiān)視短路或斷電情況下的電流水平方面完全同樣適用。零電壓時(shí)的故障電流水平能立即指示電源或負(fù)載是否出現(xiàn)故障，而不需要借助額外的電路。內(nèi)部 12 位 ΔΣ ADC 本質(zhì)上在測(cè)量窗口內(nèi)對(duì)輸入噪聲求平均，因此在噪聲環(huán)境中工作并不是問(wèn)題。在掃描模式中，該 ADC 分別以 25μV、25mV 和 0.5mV 的分辨率按順序連續(xù)地監(jiān)視差分檢測(cè)電壓、電源或正檢測(cè)電壓、以及備用 ADC 輸入電壓。在連續(xù)掃描模式中，轉(zhuǎn)換操作具有一個(gè) 7.5Hz 的有效刷新率，不過(guò)用戶(hù)也可進(jìn)入一種瞬像模式以進(jìn)行單個(gè)可選輸入的測(cè)量。在那些以節(jié)能為目標(biāo)的應(yīng)用中，通常高電壓監(jiān)視 IC 會(huì)預(yù)料有高靜態(tài)電流，但在此類(lèi)應(yīng)用中并不合用；LTC2945 在監(jiān)視 48V 電源軌時(shí)僅消耗 0.8mA 電流，并可關(guān)斷以將功耗減低至僅 20μA。
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