芯片实现高精确度数字遥测怎么设计？

前言

数据开关电源管理信息系统的关键益处是减少了设计方案成本费及其使软件更快发售。选用具有形象化图型操作界面 （GUI） 的全方位开发工具，可以效率高地开发设计繁杂的多轨系统软件。根据GUI而不是电焊焊接“乳白色输电线”选择点，这类系统软件还优化了测验 （ICT） 和线路板调节。另一个益处是，因为有即时监测数据信息可以用，因此可以预测分析开关电源系统异常，并采用保护性对策。或许最重要的是，具有数据管理方法作用的DC/DC转化器使室内设计师可以开发设计在负荷点、电源电路板、声卡机架级乃至安裝环节均能以最少耗能达到总体目标特性 （处理速度、数据信息传输速度等） 的“翠绿色”电气系统，进而减少了基础设施建设费用和商品使用寿命期限内的整体有着成本费。

必须精确、无耗损的电流量精确测量

DC/DC转化器设计方案行业的发展促使无法极大地提高高效率，并且下一代电气系统将根据系统软件级动态性web服务降低功耗。操纵负荷点转化器的优化算法必须精确度很高的功能损耗数据信息，以调整实体模型，并提升输出功率分派。这恰好是与精确度很高的数字集成电路紧密结合的即时监测的明显优点。应以高精准度精确测量功能损耗，就必须用一个已经知道的电阻器性部件精确测量导出电流量。虽然已校正的外界并联电路是精确的，可是它会引进附加的输出功率耗损，并使转化器更为价格昂贵。一种无耗损挑选是，跨电感生存DC电阻器（DCR）精确测量均值损耗，这可以降低元件总数，并简单化线路板合理布局。与SenseFET等别的无耗损测量法对比，DCR电流量测量法更为经济实惠，也更简易实用。DCR方式的一个明显缺陷是，电感器器电阻器受溫度危害非常大及其无法精确测量精确的电感磁心溫度。要是没有适当的温度补偿，仅为1℃的电感溫度转变就相匹配约为 0.39%的电流量数据误差。使状况越来越更糟糕的是，在大负荷电流量时，很有可能有几十度的电感自热。下边讲解的优化算法 （已经专利申请） 可以赔偿全部这种问题，并且校正后，可在全部溫度和负荷电流量范畴内完成好于±0.25%的精确度。

DCR温度补偿

在挨近电感的位置置放温度感应器可给予一阶温度补偿。假如温度感应器避开别的明显的热原 （比如输出功率FET），那麼温度补偿的精确度就可以提升。在大负荷状况下，因为电感的排热，在电感和温度感应器中间造成了瞬态和稳定发热量梯度方向，所检验到的温暖并不精确地意味着电感的磁心溫度。这类温度场在图1中清楚可见，该图表明了向输出负载给予1.8V工作电压、1.5A电流量的集成化 DC/DC转化器LTC3601的热像。

图1：DC/DC转化器的热像表明了电感具体溫度与监控点溫度中间的区别

除此之外，瞬间加温/制冷效用也需要考虑到，以当负荷电流量变化快于电感热对流稳态值时减少所引进的瞬态偏差。这两个问题均可以根据引进2个附加的技术参数来处理：从电感磁心到板上溫度感应器的传热系数θis；电感的发热量稳态值t。传热系数 用于在给出电感功能损耗Pi的情形下，计算机所测出的溫度Ts与电感內部溫度中间的稳定温差Ti。

额外的溫度升高用于更确切地可能电感的DC电阻器Ri ：

在以上式子中，Vdcr是电感线圈的DC损耗，Iout是导出参数的方均根（RMS）值，R0是电感在参照溫度Tref上的DC电阻器，α是该电阻器的温度系数。由于大部分电感全是用铜做成的，因此我们可以预估，温度系数贴近αcu=3900ppm/℃。在给出的α值时，其他主要参数θis和R0在溫度不会改变时可以仅用2个负荷电流量校正。

对于每一个负荷电流量纪录下电感电阻器Rk=Vdcr，k/ 、功能损耗Pk和所测量的溫度Tk（k=1，2）。为了更好地在预估θis时提升精确度，2个负荷电流量应当挑选为I1=10%和I2=90%的系统软件电流量范畴。

电感的发热量稳态值t用于仿真模拟电感的一阶发热量回应，并可在负荷瞬态时用于精确地赔偿DCR。自小负荷电流量向大负荷电流量变化时，电感电阻器因为自热而扩大。如果我们应用自小电流量I1到大电流量I2的单独一个负荷阶跃，那麼电感两边的工作电压将在一瞬间从I1R1 变化到I2R1，随后迟缓贴近I2R2。这儿R1是在给出溫度和负荷电流量I1时的稳定电阻器，而因为电感自热，R2在I2时稍高于DC电阻器。一定要注意，电气设备稳态值tθl=L/R比发热量稳态值小好多个数量级，而“一瞬间”是相比于发热量稳态值来讲的。2个稳定区得出了数据 （I1、T1、R1、P1） 和 （I2、T2、R2、P2），二点校正方式 （1.3-1.4） 用于提取稳定主要参数θis和R0（考虑到以前得到的“均值”α ）。应用稳定关系式 （1.2） 计算的相对性电流量偏差将在负荷阶跃后马上做到最高值，随后按照电感发热量稳态值t损耗到零。

稳态值t用最好拟合曲线y=ln（△I/I）=α1 α2t的直线斜率测算：

总而言之，校正DCR电流量精确测量值的所有需要仅为单独一个负荷电流量阶跃。回应的平稳一部分得出了传热系数θis和允差DC电阻器R0，平稳特点用于精确测量电感稳态值t。一旦得到特殊系统的自热主要参数θis和t，那麼就仅存电感DC电阻器R0必须校正，以赔偿电感容限。

用LTC2974完成高精准度数据监测

凌力尔特新发布的LTC2974是一款4安全通道系统软件监督器，包括一个16位数据采集系统软件，具有类似最好的 ±0.25%总未调偏差。该元器件对于全部4个被监控的DC/DC安全通道给予输出电压、电流量及溫度的数据回读，选用全球规范的PMBus插口。电流量精确测量选用以上DCR温度补偿优化算法，与以前的解决方法对比 ，完成了较高数量级的精确度 （图2）。LTC2974融合了监测与精准迅速的硬件配置监督、调整DAC和一套全方位的排列及追踪选择项，给予了非常大的系统软件灵敏性。LTC2974相对高度稳定的上面EEPROM使该元器件不用软件开发，就保持了完全的独立运作。LTC2974 包含根据终断标识与“黑盒子”监控软件完成的常见故障纪录作用，该监控软件储存产生常见故障以前一瞬间转化器的工作中状态参数。凌力尔特的LTpowerPlay软件开发以及GUI 页面为多轨系统软件的开发设计带来了便捷。

图2：用以DC/DC转化器的LTC2974在全部溫度及导出电流量范畴内的总数据误差

结果

精确精确测量负荷点即时功能损耗使我们可以设计方案出以最少耗能达到设计方案总体目标的智能控制系统。精准、无耗损的电流量精确测量是提升大中型系统软件电压的重要，且使大家可以开发设计出精确的实体模型。能在系统软件“身心健康”情况确诊中应用即时功能损耗监测是非常重要的，可以用来解决有可能的毁灭性开关电源系统异常。

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