Оригинальная схема изоляции датчика температуры от микроконтроллера

Оригинальная схема изоляции датчика температуры от микроконтроллера

Alfredo Saab

EDN

Иногда датчики температуры должны работать в местах, возвратные потенциалы которых значительно отличаются от общего потенциала системы сбора данных. Следовательно, схема поддержки датчика температуры должна обеспечивать гальваническую развязку между датчиком и системой сбора его данных. Кроме того, в системе сбора данных редко имеется изолированный источник для питания датчика. Изображенная на Рисунке 1 схема решает обе проблемы, изолируя и сигнал датчика, и источник питания.

 

 

 

Трансформатор T1 изолирует датчик температуры IC2 от испытываемого оборудования. Период выходных импульсов микросхемы IC1 изменяется в зависимости от температуры. Коэффициент преобразования равен 10 мкс/K и может регулироваться пользователем в диапазоне от 10 до 640 мкс/K.
Рисунок 1. Трансформатор T1 изолирует датчик температуры ICот испытываемого оборудования.
Период выходных импульсов микросхемы IC1 изменяется в зависимости от температуры.
Коэффициент преобразования равен 10 мкс/K и может регулироваться пользователем в
диапазоне от 10 до 640 мкс/K.

Противофазные выходные прямоугольные импульсы постоянной частоты, формируемые микросхемой драйвера трансформатора MAX845 (IC1),  управляют трансформатором TGM-010P3 компании Halo Electronics, имеющим две первичные обмотки и одну вторичную обмотку без отводов с соотношением витков 1:1:1. Вторичная обмотка нагружена на мостовой выпрямитель Грэтца, который питает микросхему MAX6576 (IC2) напряжением порядка 4.5 В. Микросхема MAX6576, объединяющая в недорогом корпусе датчик температуры, электронику обработки сигналов и простой в использовании интерфейс ввода/вывода, потребляет небольшой ток и сохраняет указанную в документации точность в диапазоне питающих напряжений от 3 до 5 В.

Если подключить датчик так, как показано на Рисунке 1, он будет работать как преобразователь абсолютной температуры в период следования импульсов с номинальным коэффициентом преобразования 10 мкс/K, что при комнатной температуре даст период, равный примерно 2.980 мс, или частоту 335 Гц. Коэффициент преобразования можно регулировать в диапазоне от 10 до 640 мкс/K. Заметим, что более «длинные» константы преобразования позволяют увеличить время интегрирования сигнала, чтобы минимизировать влияние шумов. Симметричные прямоугольные выходные импульсы IC2 через 10-килоомный резистор Rуправляют базой транзистора Q2. Коллекторной нагрузкой Q2 служит резистор R3 сопротивлением 390 Ом, подключенный к тем же линиям, по которым подается питание на датчик температуры. Когда Qоткрыт, он потребляет от источника питания асимметричный ток, который превышает ток питания во время положительного полупериода выходного сигнала датчика.

В связанной с микросхемой ICцепи протекания выходного тока со стороны системы сбора данных резистор R2 и конденсатор C2 шунтируют переход база-эмиттер транзистора Q1. Номиналы R2 и C2 таковы, что суммы тока микросхемы IC2 и тока намагничивания трансформатора T1 будет недостаточно для открывания транзистора Q1. Открытый транзистор Q2 потребляет от изолированной линии питания 4.5 В ток порядка 12 мА. Отражаясь в первичную обмотку, ток проводимости Q2 от источника 5 В проходит через микросхему IC1, выводы земли и частично через R2. Падение напряжения на R2 превышает пороговое напряжение база-эмиттер транзистора Q1 и обеспечивает достаточный базовый ток для включения Q1.

Относительный джиттер, измеренный от положительного фронта выходного импульса IC2 до выхода схемы (коллектор Q1), составляет в среднем менее 1 мкс.
Рисунок 2. Относительный джиттер, измеренный от положительного фронта
выходного импульса IC2 до выхода схемы (коллектор Q1), составляет
в среднем менее 1 мкс.

Таким образом, когда транзистор Q2 открыт, открыт и Q1, и изолированные выходные прямоугольные импульсы микросхемы IC1 копируются на коллекторе Q1. Как видно из осциллограмм на Рисунках 2 и 3, времена нарастания и спада, джиттер и задержка распространения Q1 в сумме составляют порядка 2 мкс. Эквивалентная ошибка измерений, обусловленная джиттером, остается менее 0.1 K даже при самой высокой скорости преобразования с коэффициентом 10 мкс/K. Изменение напряжения питания схемы в диапазоне от 4.5 до 5.5 В вносит ошибку менее 0.1 K. С выхода схемы (коллектора Q1) можно забирать ток в несколько миллиампер при размахе напряжения от 0 до 5 В.

Как и на Рисунке 2, средний джиттер выхода Q1 относительно отрицательного фронта выходного сигнала IC1 в среднем составляет менее 1 мкс.
Рисунок 3. Как и на Рисунке 2, средний джиттер выхода Q1 относительно
отрицательного фронта выходного сигнала IC1 в среднем
составляет менее 1 мкс.

Эту конструкцию можно приспособить для использования в качестве преобразователя температура-частота или для работы с другими датчиками температуры.

Ссылки

  1. MAX845 Evaluation Kit, Maxim Inc, October 1997.

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim MAX845
  2. Datasheet Maxim MAX6576
  3. Datasheet HALO TGM-010P3RL 
 
 
Оригинал здесь.

Комментарии

Чтобы оставить комментарий, Вам нужно авторизоваться.