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Man kann zum Beispiel für wenig Geld noch die Ferntemperatur erfassen: Ausgabe 07/2019, 18.04.2019

Geschickte Ausnutzung eines Power-Supply-Monitors

Viele Anwendungen mit nur einem Leistungsregler können von den Überwachungs- und Steuerungsfunktionen eines Power Supply Managers profitieren. Die meisten Power Supply Manager ICs haben aber mehr als einen Kanal.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Analog Devices

In einer Anwendung, die nur über ein Netzteil verfügt, gibt es daher einen unbenutzten Satz von DAC- und ADC-Pins. Eine Applikationsschrift von Analog Devices/Linear beschreibt so einen Fall und den möglichen Zusatznutzen. Anstatt den ungenutzten Kanal zu verschwenden, kann man diese Pins und ein wenig Mikrocontroller-Code hernehmen, um zum Beispiel eine Ferntemperatur zu erfassen.

Zusätzliche Kosten bewegen sich in Rappen-Bereich
Der LTC2970 (Bild 1) ist ein 2-kanaliger Stromversorgungsmonitor und -regler. Jeder Kanal verfügt über zwei 14-Bit-ADCs zum Messen von Spannung und Strom und einen 8-BitDAC zum Steuern der Versorgungsspannung. Er kann einen angeschlossenen Bipolartransistor für eine delta-VBE-Messung ansteuern; der Mikrocontroller soll dann die gemessenen Spannungen zur Temperaturberechnung verwenden. Die Kosten für die hinzugefügten Komponenten betragen nur wenige Rappen. Um einen Ferntemperatursensor mit dem LTC2970 zu realisieren, leitet man zwei verschiedene Ströme (I LOW und I HIGH) durch den Transistor und misst VBE jeweils an beiden Strömen (V BE_LOW und V BE_HIGH). Der Unterschied zwischen den beiden V BEMessungen (ΔV BE) ist eine direkte Funktion der Temperatur. Mit einer in der Applikationsschrift vorgegebenen Gleichung lässt sich die Temperatur im BJT berechnen. Der LTC2970 hat in einem seiner beiden Kanäle alles, was dazu gebraucht wird (Bild 2).

Anordnung vermeidet Probleme
Der IDAC-Ausgang kann einen programmierbaren Strom zwischen 0 und 255 µA beitragen. Einer der ADC-Eingänge misst VBE direkt über dem BJT. Der andere ADC-Eingang kann einen nützlichen Proxystrom messen, indem er die Spannung an einem Widerstand abtastet. Diese Anordnung vermeidet mehrere traditionelle Probleme mit Halbleiter-Temperatursensoren. Erst einmal ist zu wissen, wie viel der gemessenen VBESpannung auf einen Spannungsabfall in der Leitung zwischen der Stromquelle und dem Transistor zurückzuführen ist.
Hier misst man VBE direkt am Transistorkontakt, nicht am DAC-Ausgangspin, wodurch der Widerstand in der Leitung weniger wichtig ist (obwohl der Transistorinnenwiderstand die Messung leicht beeinflusst). Die zweite Schwierigkeit ist das genaue Verhältnis der  I-LOW- und I-HIGH-Ströme zu bestimmen.
Da man die Spannung an einem Widerstand misst, anstatt sich auf die Genauigkeit des IDAC zu verlassen, weiss man über das Verhältnis der Ströme sehr genau Bescheid. Man muss nicht wissen, ob der DAC genaue Stromverhältnisse liefert und auch nicht, wie hoch der Widerstandswert tatsächlich ist. Die Spannung über dem Widerstand ist eine reine Funktion des Stroms, und das Verhältnis von zwei Spannungen ist gleich dem Verhältnis der beiden Ströme.

Programmierung
Der LTC2970 ist ein programmierbares Bauelement, das Register zur Steuerung des IDACStroms und zur Weitergabe der ADC-Werte enthält; aber die Berechnung der Aussentemperatur muss in der Software erfolgen.
Eine fertige Plattform für eine solche Software ist der Linduino, ein Arduino-Klon mit isolierter Power, produziert von Linear Technology. Linduino kommuniziert mit dem LTC2970 über den I2C/SMBus und führt mit wenigen Zeilen C-Code die notwendigen Temperaturberechnungen durch. Jedes ähnliche System, welches mit dem LTC2970 über den I2C/SMBus kommunizieren kann, kann auch den C-Code abarbeiten und die Temperatur mit dieser Methode berechnen.
Bild 3 zeigt ein Flussdiagramm für einen sehr einfachen Algorithmus zur Temperaturmessung. Die blaue Farbe zeigt I2C-Bus-Transaktionen, rot zeigt eine Verzögerung und grün eine Kalkulation. Nicht dargestellt sind alle Schritte zum Filtern der Temperaturergebnisse. Die Filterung ist separat, und wird als ein unabhängiges Thema im weiteren Verlauf des Berichtes abgehandelt.

Auszug aus dem Linduino-Code
Eine separate Darstellung im Applikationsbericht zeigt einen Auszug aus dem LinduinoCode. Die Linien sind farblich gekennzeichnet, um die Funktionen entsprechend dem Flussdiagramm in Bild 3 anzuzeigen. Das Wesen des Algorithmus besteht grundsätzlich darin, einfach zwei verschiedene Ströme zu forcieren und die resultierenden Spannungen zu messen und dann die Gleichung für die Temperatur zu lösen. Weitere Themen des Berichtes sind unter anderem Hardwaretests und deren Ergebnisse, Temperaturschrittgrösse und -genauigkeit, Theorie der Applikation und verschiedene ADC-Parameter und Transistoreigenschaften. «

Applikationsschrift: 07_19.01.pdf

Infoservice
Analog Devices GmbH
Otl-Aicher-Strasse 60–64, DE-80807 München
Tel. 0049 89 769 030, Fax 0049 89 769 031 07
www.analog.com

 



Bild 1: Der LTC2970 ist ein Netzteilüberwachungs-Controller für das digitale Management von Netzteilen


Bild 2: Fühler- schaltung für Aussentemperaturen mit dem LTC2970


Bild 3: Flussdiagramm des externen Temperatursensors