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 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.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 50
сейчас смотрят 5
представлено поставщиков 577
загружено
позиций
25 067 862