求TMP03的资料,详细原理
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发布时间:2022-05-27 19:34
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时间:2023-11-23 23:21
TMP03/04型数字温度传感器在温度保护中的应用
1 TMP03/04的性能特点
TMP03/04是美国模拟器件公司(ADI)生产的串行输出数字温度传感器,输出数据的高低电平占空比与器件温度成比例关系,其内置的温度传感器产生的电压与热力学温度精确成比例,与内部的电压基准作比较后,输入内置的较精度∑-Δ数字调制器,与目前常用的串行数据调制技术(如压频转换)相比,TMP03/04内置调制器采用的比率计调制技术具有更好的抗干扰性能,由于不受时钟漂移误差影响,该器件的温度测量范围一般在-25℃-+100℃之间,测量误差为±1.5℃(典型值)且不需要校准。
TMP03和TMP04二者的主要区别在于:TMP03是集电极开路输出,适用于需要通过光电耦合器与微处理器隔离的电路,而TMP04为互补型MOS场效应管输出,其输出电平与CMOS/TTL电路兼容,适用于与微控制器直接交互的电路,TMP03/04既可以检测温度,也可以通过单片机实现温度控制功能,适用于温度远程检测\微机或电子设备的温度监视器及工作控制过程等领域,低电压供电,微功耗,电源电压范围为+4.5V-+7V,采用+5V供电时,电源电流不超过1.3mA,其最大功率仅为6.5mW,特别适用于低功耗的电路设计。
2 TMP03/04的工作原理
TMP03/04有3种封装形式:TO-92、SO-8和RU-8,引脚排列如图1所示,其中V+接电源正极,GND为公共地。DOUT为串行数据输出端。
TMP03/04的内部结构框图如图2所示,主要包括4大部分:
(1)基准电压源和温度传感器,其中,基准电压源的输出电压接至1位的DAC(图中未画),温度传感器输出与热力学温度成正比的UPTAT电压,接到求和器的一个输入端;
(2)∑-Δ调制器,内含模拟求和器(也称加法器)、积分器、比较器(也称量化器)和1位数/模转换器(1位DAC);
(3)数字滤波器;
(4)高速时钟振荡器;
模拟求和器、积分器、比较器和1位DAC构成一个闭环系统,比较器还起到负反馈作用,它能根据输入温度信号的变化情况,来改变比较器输出信号的占空因数,通过负反馈电路使积分器输出电压UINT为最低,上述电路也属于电荷平衡式转换器,经过多次快速比较之后,输出的数字量就与被测温度成比例关系。
TMP03/04的工作原理将被测温度的模拟量转换成数字量,并且把数字化信号编码成时间比率(t1/t2)的形式,图3所示为TMP03/04的输出波形。
t1指高电平持续时间,固定值,标称值为10ms,最大不会超过12ms;t2指低电平持续时间,随温度变化而变化,最大值为44ms,对应于最高温度+125℃,t1和t2在时间上是连续的,因此,用同一个定时器时钟即可得到它们之间的比率。
被测温度θ与t1、t2比率关系可以用公式(1)及(2)表示:
θ=235-(400t1/t2) (1)
θ=455-(720t1/t2) (2)
式(1)被测温度的单位为(℃),式(2)被测温度的单位为华氏度(°F)。
3 接口电路及程序设计
晶闸管功率模块在三相整流电路中起到核心作用,由于长时间流经大电流并且处于频繁的"开-关"状态,晶闸管功率模块发热量十分严重,除了要安装散热器降温之外,一般散热器本身还要增加抽风机或者鼓风机来辅助散热,但是散热器及风机本身只起到散热的作用,并不能起到超温保护的作用,因此,微处理器在输出晶闸管触发脉冲的工作之余,还要通过TMP03/04检测散热器的温度(晶闸管功率模块安装在散热器上),进行超温判断,并作出相应反应。
微处理器采用每个德州仪器公司(TI)先进的MSP430系列Flash型低功耗16位单片机,该系列单片机具有超低功耗、强大处理能力、丰富的片上外围模块等特点,广泛使用于工业控制中。
由前面介绍可知,TMP03/04数字温度传感器输出为占空比随测量温度变化的串行数据,测量温度由公式(1)或公式(2)计算得到。可见温度测量的关键是得到t1和t2的计数值,这两个计数值通过微处理器定时器的捕获功能精确获取,或者通过普通I/O口较准确地获取。下面分别介绍这两种方式的接口电路以及程序设计。
3.1 通过捕获口获取计数值
MSP430的Timer_A定时器具有强大的功能,可以支持同时进行的多个铺或/比较功能,每个捕获/比较模块可以独立编程,由比较或捕获外部信号来产生中断,外部信号可以是信号的上升沿、下降沿或所有跳变。
Timer_A定时器时钟源来自内部时钟或外部时钟,可由其内部的寄存器来设置分频,所选最高计数频率必须合适,才能防止计数器t2时间内溢出,可以用公式(3)计算最高计数频率fcpmax:
fcpmax=Nmax/t2max (3)
用16位计数器,N2max=65535,t2max=44ms(对应最高温度+125℃),由公式(3)可得fcpmax=65535/44ms=1.5MHz,MSP430工作频率为8MHZ,分频器选择8分频,使定时器工作在1MHZ,可以保证计数值不会溢出,精确测量温度。
由于TMP03/04工作在晶闸管功率模块周围,环境比较恶劣,因此,为防止干扰从工作电源地线窜入微处理器。在TMP03/04与微处理器之间加上光电耦合器进行隔离,隔离后的信号加到Timer_A的捕获口P1.2。微处理器判断过温后通过P1.3输出电平驱动相应继电器,切断晶闸管功率模块工作电源以保护电路,具体的电路图如图4所示,程序流程如图5所示。
3.2 通过普通I/O口获取计数值
实际上,在晶闸管功率模块的温度保护电路应用中,对温度测量并不要求很精确,只要求微处理器在散热器温度超过某一个温度值时启动超温报警,而且在一般工业控制中,带捕获功能的I/O口资源十分紧张,因此,通过普通I/O口与TMP03/04连接获取温度值得方法具有相当大的实际应用价值。
该方法接口电路与图4类似,只需要将捕获口P1.2更换成普通的I/O口即可,程序流程图如图6所示。
在程序设计方面,因为t1是固定的,变化的是t2,所以微处理器预设一个超温数值T2,该数值可由公式(4)求得。一旦TMP03/04输入到P5.1上面的低电平的计数值大于该预设值,就启动超温保护。
T2=400t1/max/(235-θ) (4)
其中,t1max=12ms,θ为超温温度值。
4 结束语
实践证明,在晶闸管功率模块温度保护电路中,TMP03/04型数字温度传感器与微处理器的接口以及程序设计都相当简单方便,并且精度较高,抗干扰能力强,能够有效地起到超温保护的作用。
热心网友
时间:2023-11-23 23:22
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