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在一些电源控制应用中,基于可靠性或安全性的原因,需要对阻性电源负载的工作状态(健康情况)进行连续的评估。医疗设备(电热垫,电热毛巾和电热毯)中使用的发热电阻就是这种应用的很好例子。为了有效果,评估时应采用连续监视电源负载电阻的方式,并且不能干扰系统的正常工作(在线监视)。监视系统应提供至少一个数字告警信号,该信号需要在阻值超过预设范围时被激活。 带简单的电阻性负载电流监视功能的典型电源控制应用可以如图1所示那样建模,其中忽略了任何感抗现象。在这种集总模型中,U是供电电压;I是电路中的电流;R是电源负载(纯阻性);Rp1、Rp2和Rp3代表所有寄生电阻,建模的是互连走线、连接器和任何可
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电源技术中的电阻性电源负载的模拟在线电阻监视电源技术中的电阻性电源负载的模拟在线电阻监视
在一些电源控制应用中,基于可靠性或安全性的原因,需要对阻性电源负载的工作状态(健康情况)进行连续的评
估。医疗设备(电热垫,电热毛巾和电热毯)中使用的发热电阻就是这种应用的很好例子。为了有效果,评估时应
采用连续监视电源负载电阻的方式,并且不能干扰系统的正常工作(在线监视)。监视系统应提供至少一个数字告
警信号,该信号需要在阻值超过预设范围时被激活。 带简单的电阻性负载电流监视功能的典型电源控制应用
可以如图1所示那样建模,其中忽略了任何感抗现象。在这种集总模型中,U是供电电压;I是电路中的电流;R
是电源负载(纯阻性);Rp1、Rp2和Rp3代表所有寄生电阻,建模的是互连走线、连接器和任何可
在一些电源控制应用中,基于可靠性或安全性的原因,需要对阻性电源负载的工作状态(健康情况)进行连续的评估。医疗设
备(电热垫,电热毛巾和电热毯)中使用的发热电阻就是这种应用的很好例子。为了有效果,评估时应采用连续监视电源负载电
阻的方式,并且不能干扰系统的正常工作(在线监视)。监视系统应提供至少一个数字告警信号,该信号需要在阻值超过预设范
围时被激活。
带简单的电阻性负载电流监视功能的典型电源控制应用可以如图1所示那样建模,其中忽略了任何感抗现象。在这种集总模
型中,U是供电电压;I是电路中的电流;R是电源负载(纯阻性);Rp1、Rp2和Rp3代表所有寄生电阻,建模的是互连走线、连
接器和任何可能的机械或电子开关(闭合时)的电阻;Rs是电流检测电阻。设Rp是总的寄生电阻,定义为Rp = Rp1 + Rp2 +
Rp3。如果U和Rp是常数,那么I在R改变时才会改变,因为Rs是常数。因此评估R的偏差只需要监视电流即可。然而在大多数
情况下,实际的U和Rp不是固定不变的。事实上,即使在常见的恒压PWM电源控制应用中,U也可能因为电源过高的内部阻
抗(不良调整)和/或电压容差而偏离期望值。寄生电阻Rp包含导线、连接器和开关的电阻,它们通常会因温度、用途和老化的
原因而发生变化。举例来说,如果开关是功率MOSFET实现的,那么由于它具有正温度系数,它的Rds(ON)会随温度的上升
而增加。
很明显,U和Rp的变化将影响基于电流的简单电阻监视方法的精度。为了克服这个问题,可以在计算实际负载电阻(R)的基
础上进行电阻监视,方法是测量负载电流和负载电压,然后根据欧姆定律计算它们相除的结果。现在典型的方法是在数字域中
做这种除法,它要求至少一个带两个复用输入通道的模数转换器(ADC)和一些处理单元(即微控制器)。这种方法很有吸引力,
特别是当系统中已经有微控制器的时候。然而,由于可靠性或安全方面的原因,用软件完成计算任务的这种方法可能行不通,
或者根本不可取。
例如在医疗级设备中,标准IEC 60601-1(条款14)规定,如果由可编程系统来确保至关重要的安全性,那么开发周期必须遵
循规定的程序,这将使最终系统的开发和随后的认证进一步复杂化。另外一种方法是在模拟域中执行除法操作,方法是使用精
密的模拟分压集成电路(IC)。然而,这种IC一般很昂贵,而且不很常见。不过在模拟域中,我们可以利用经典的惠斯通电桥
——在低功耗电阻测量中一种很著名的电路。它将是我们讨论的起点。
在展开讨论之前,最好是将R定义为R = Rn(1+δ),其中Rn是R的归一化值,δ是R的相对误差,定义为δ = R/Rn – 1。另
外,让我们将阈值点δi 和δs定义为监视系统启动故障条件信号点之外的δ值(分别对应更差和更好)。在图2a)中,惠斯通电桥和
比较器用来产生逻辑信号,指示R是大于还是小于某个阈值。很容易表明,这个电阻阈值独立于U,它是这种电桥拓扑的一个
特性。在图2 b)中,通过在参考支路和两个比较器中使用一个额外的电阻(R3),可以扩展拓扑,实现阻值窗口比较器。阈值点
δi 和δs由R1、R2和R3之间的比值设定,因为它们确定了比较器(Ut1和Ut2)的阈值电压。
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