Energieüberwachung für 100 V Gleichspannung
IC vereinfacht Energie-Monitoring
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Den Energie-Monitor mit Energie versorgen
Der LTC2946 bezieht seine Versorgungsspannung auf verschiedene Weise: Bild 3a zeigt den LTC2946 bei der Überwachung einer Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung zwischen 4 und 80 V; eine sekundäre Bias-Stromversorgung ist nicht nötig, da der VDD-Versorgungs-Pin direkt mit der zu überwachenden Stromversorgung verbunden werden kann. Für die Überwachung einer Stromversorgung, welche bis auf 0 V herunter geht, kann er seine Spannung von einer Sekundärversorgungen beziehen, die mit dem VDD-Pin verbunden ist (Bild 3b). Ähnlich ist es bei der Überwachung einer Versorgung mit geringen Spannungen bis hinunter zu 2,7 V. Bild 3c zeigt die Konfiguration des Bausteins für diesen Fall.
Für Stromversorgungen über ±100 V kann der integrierte Linearregler am INTVCC-Pin sowohl in der High-Side- als auch Low-Side-Konfiguration verwendet werden, um über einen externen Shunt-Widerstand Leistung an den LTC2946 zu liefern. Bild 4a zeigt einen High-Side-Leistungs-Monitor mit einem Eingangsüberwachungsbereich, der in einer High-Side-Shunt-Konfiguration über 100 V hinausgeht. Die Masse des LTC2946 ist durch RSHUNT von der Masse der Schaltung separiert und auf 6,3 V unter der Eingangsversorgung geklemmt. Wegen der unterschiedlichen Massepotenziale müssten die I²C-Signale des Bausteins zur Kommunikation mit anderen massebezogenen Komponenten im Pegel verschoben sein; ein Stromspiegel wäre also nötig, um die externe Spannung an einem Extra-A/D-Umsetzer-Eingang zu messen.
Bild 4b zeigt den LTC2946, wie er von einer Stromversorgung mit >–100 V versorgt wird. Hier erlaubt die Low-Side-Konfiguration den Betrieb mit einer an INTVCC auf 6,3 V über der Eingangsversorgungsspannung geklemmten Spannung, was in diesem Fall ein negativer Pegel ist. Wie in Bild 4c dargestellt, ist kein Shunt-Widerstand nötig, wenn die Eingangsspannungsversorgung und Transienten auf –4 bis –100 V begrenzt sind, wobei VDD die Versorgungsspannung an der Schaltungsmasse abhängig von der LTC2946-Masse misst.
Vorteile der Digitaltechnik
Der Baustein bietet nützliche digitale Funktionen, die das Design vereinfachen. Eine davon ist die Integration eines digitalen Multiplikators und Speichers, der die Anwender mit 24-bit-Leistungs-, 32-bit-Energie- und 23-bit-Ladewerten versorgt, was die zyklische Abfrage von nützlichen Spannungs- und Stromdaten sowie das Durchführen von extra Berechnungen vereinfacht. Im kontinuierlichen Betrieb wird die differenzielle Messspannung gemessen, um die Daten des Laststroms zu erhalten. Die Spannungsdaten können jedoch zwischen der Versorgungsspannung, positiver Messspannung oder der Spannung des Extra-A/D-Umsetzer-Eingangs gewählt werden. Ein 24-bit-Leistungswert wird nachfolgend jedes Mal berechnet, wenn eine Strommessung durchgeführt wird. Und schließlich werden Energie- und Ladungsspeicher mit Leistungs- und Stromdaten beaufschlagt und speichern die Daten bei normalen Strom- und Leistungspegeln für mehrere Monate.
Alle digitalen Messwerte, darunter die Minimal- und Maximalwerte für Spannung, Strom und Leistung, werden in Registern gespeichert, die über eine I²C/SMBus-Schnittstelle abgefragt werden können. Ein Alarmausgang signalisiert, wenn Messwerte benutzerdefinierte Grenzwerte über- oder unterschreiten; dadurch braucht der Host-Controller diese Messdaten nicht regelmäßig abzufragen. Der LTC2946 kann auch so konfiguriert werden, dass er eine Überlaufwarnung generiert, wenn eine spezifizierte Energie- oder Ladungsmenge geliefert oder ein voreingestelltes Zeitintervall überschritten wurde. Für einen Energie-Monitor kann die Reaktion auf einen Alarm ebenso wertvoll sein wie die Min/Max-Register.
Bild 5 zeigt, wie der Baustein ein Alarmsignal via Hard- und Software generiert. Die gemessenen Daten werden mit vom Anwender definierten Schaltschwellen verglichen; Schaltschwellen für Überspannung, Unterspannung, Überstrom, zu niedrigen Strom, zu hoher Leistung und zu geringer Leistung können definiert und gleichzeitig überwacht werden. Anschließend informiert ein Zustandsregister den Anwender, welche parametrischen Schaltschwellen überschritten wurden, wobei aktuelle Fehlerwerte in einem weiteren Register gespeichert und später ausgelesen werden können.
Ein separates Alarm-Register erlaubt es dem Anwender auszuwählen, welche Parameter in Übereinstimmung mit dem SMBus-Alarm-Antwortprotokoll reagieren, wobei die ARA (Alert Response Address) gesendet und der /ALERT-Pin auf Low gezogen wird, um dem Host einen Alarm anzuzeigen. Die I²C-Schnittstelle des Bausteins besitzt separate SDA-Eingangs- und Ausgangspins für Standard- oder optoisolierte I²C-Kommunikation. Neun I²C-Device-Adressen sind verfügbar, sodass mehrere LTC2946 einfach in dasselbe System integriert werden können; alle Bausteine reagieren auf eine gemeinsame Adresse, was es dem Bus-Master erlaubt, gleichzeitig an mehrere LTC2946 zu schreiben. Ein Reset-Timer bei überlastetem Bus stellt die interne Zustandsmaschine zurück, um die Kommunikation wieder aufzunehmen, wenn die I²C-Signale für über 33 ms (festsitzender Bus) auf Low gehalten werden.
Der LTC2946-1 besitzt einen invertierten SDA-Ausgang für invertierende Optokoppler. Der LTC2946 ist für die kommerziellen, industriellen, Automotive- und militärischen Temperaturbereiche spezifiziert.
| Christiopher Gobok |
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| arbeitet bei Linear Technology als Ingenieur im Produktmarketing für Mixed-Signal-Bausteine. Er studierte an der San Jose State University und war vor seinem Wechsel zu Linear in den Bereichen Optoelektronik und Leistungs-MOSFETs ebenfalls im Produktmarketing tätig. |
Der Autor
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