Оригинальная схема изоляции датчика температуры от микроконтроллера

Maxim MAX845 MAX6576

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 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.

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 R4 управляют 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 Q2 открыт, он потребляет от источника питания асимметричный ток, который превышает ток питания во время положительного полупериода выходного сигнала датчика.

В связанной с микросхемой IC1 цепи 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 

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Novel circuit isolates temperature sensor from its host

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

MAX845 Купить ЦенаКупить MAX845 на РадиоЛоцман.Цены — от 5,11 до 4 994
34 предложений от 27 поставщиков
TRANSFORMER DRIVER SMD SOIC8 845 Driver IC Type Motor Outputs No of 2 Voltage Output 12V Output Current 1A Voltage Supply Min 4.5V Voltage Supply Max 5.5V...
Триема
Россия
MAX845EUA+
5 ₽
Стандарт СИЗ
Россия
MAX845EUA+T
Maxim
80 ₽
AliExpress
Весь мир
IC 100% Новинка Бесплатная доставка INA128PA INA128P 0402x8 16P8R 22R MAX845ESA INA115AU EL2252CM MAX5250BEAP
1 307 ₽
Электродеталь- Поставка
Россия
MAX845ESA+T SOP-8
Maxim
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя