TMP03/04型数字温度传感器在温度保护中的应用

　

概要：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）Σ-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

TMP03/04型数字温度传感器在温度保护中的应用,http://www.592dz.com

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Σ-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）Σ-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。

[1] [2]  下一页