导言
在现在重视功耗的电子产品国际中，“能量监测”和“功率监测”常常能够交换运用，可是事实上，它们在意义、运用和优势方面略有不同。能量一般被界说为一段时刻里的功率耗费量，其以“焦耳”(J) 或“千瓦时”(kWh) 为单位，而功率则是一个稳定的能量运用率，其以“瓦特”(W) 为单位。因而，额定功率一般用于表明设备在某个时刻将会耗费多少即时电力，而能量则是在过后承认在一个规则的时刻周期内实践耗费了多少电力。所以，虽然能量监督器和功率监督器的“绿色”方针终究或许是相同的，可是在大多数运用中能量监督器或许愈加有用，因为它考虑到功率等级随时刻所发生的改变，然后更进了一步。
放下 AC 负载不谈，能量监测正变得日益遍及并现已在一些 DC 负载运用中确立了位置。手持式、机架式和在线能量计得到了广泛运用，设备管理人员等能够用这些能量计盯梢和分配设备或部分以及其他许多体系运用的能量。能量计的用处也能够包含负载剖析，在这种运用中，对预期能耗规则和当时运用情况加以比较，并依据与能耗规则模型违背的程度，对所重视区域做出符号。经过调整负载巨细，用户能够决议，在某个时段，能够将多少照明灯、电脑、电池等衔接到体系中。能量监督在可再生能源运用中的运用也随处可见，例如在风力涡轮发电机或太阳能电池板等运用中，监督发生了多少 DC 电量。类似地，电动自行车和电动汽车能够陈述每公里能量运用情况，并量化从电池抽取或回来电池的能量。
虽然能够用一个微处理器加上少量其他组件组成一个分立式能量监督解决方案，可是这种办法为了履行数据核算和剖析，需求接连轮询数据，因而导致体系开支增大。一款很合适的能量监督 IC 供给了一种简略的解决方案，减轻了这类深重使命形成的许多担负，在这种解决方案中，包含电压、电流、功率和能量等所测参数合起来，可协助即时洞悉体系健康情况。可编程门限报警是供给前期毛病检测，以能够在灾难性事情发生之前采纳预防性举动所必需的。别的，只是经过了解运用规划，就能够优化体系。凭仗这类信息，能够相应地将名贵的资源用于别处，担负过重的设备能够将使命卸载到没有得到充分利用的设备上。
能量监督器效果模型
能量监督器能够经过许多不同的办法开发，想想对体系中能量运用情况进行监督所必需的各种组件就知道，这并不古怪。为了丈量电流，需求检测电阻器和放大器，最便当的景象是，该放大器的共模规模扩展到正的电源轨，并将其输出转化到地。丈量电压需求精确的电阻分压器，并且假如要监督一个以上的电压，那么所需组件清单中还必须添加一个多路转化器。接下来是多通道模数转化器 (ADC)，具有精确基准以及与微处理器衔接的一些办法，一起或许还要与相邻 IC 同享 I/O 连线。ADC 转化或许需求同步至微处理器时基，以便能够盯梢时刻。微处理器还必须使电压和电流相乘以得到功率值，然后针对一段时刻求出这些功率值之和，用这些和值核算能量。假如需求针对某参数检测最小值和最大值或报警信号，那么需求编写额定的代码并接连履行这些代码。因为找到合适的组件整体上既杂乱又困难，所以能量监督常常合适选用集成式解决方案。
多种运用因空间、杂乱性或本钱要素而无法考虑分立式解决方案，凌力尔特公司的 LTC2946 经过在小型 4mm x 3mm QFN 或 MSOP 封装中集成一切必需的功用构件，使能量监督变得对这类运用十分实用了。LTC2946 以低至 2.7V 的电压作业，可是能够监督任何 0V 至 100V 轨的电压和电流以及它自己的电源电压和一个额定的电压输入。内置并联稳压器支撑高于 100V 的电源。为了完成灵敏性而运用外部检测电阻器，然后答应 LTC2946 精确地监督从毫安到数十安培或更大的电流。ADC 具 12 位分辨率，电压最大整体未调整差错 (TUE) 为 0.4%，电流最大整体未调整差错为 0.6%。另一个 ADC 输入 (ADIN 引脚) 的 TUE 也仅为 0.3%，可用来监督辅佐功用。LTC2946 还集成了一个数字多路转化器，以核算 24 位功率值，还有累加器和振荡器，以核算 32 位能量和电荷值。一切值、丈量成果、状况和用户装备数据都存储在可经过 I2C 拜访的寄存器中。
图 1：LTC2946 的简化方框图
LTC2946 可用于许多杂乱和空间受限的运用中，包含 RAID 体系、电信、交通运输、太阳能监督体系以及工业核算机 / 控制体系。走运的是，这个器材仅需求进行几个简略的衔接。图 2 显现，LTC2946 在监督一个 3.3V 微处理器的输入电压和电流，一起由 12V 电压供电。所需外部组件仅为一个检测电阻器和 3 个上拉电阻器。
图 2：LTC2946 高压侧能量计
因为 LTC2946 供给很宽的轨至轨作业规模，所以该器材在许多不同的低压和高压体系中都很有用。不只肯定最大额定值为 100V 的电源和检测引脚供给许多空间，例如在 48V 或 -48V 运用中，并且零伏检测监督才能在短路或停电情况下也很合适用来监督电流值。无需额定电路，零伏时的毛病电流值就能够马上指明，电源或负载是否现已出问题了。内部 12 位ΔΣ ADC 自身能够在丈量窗口中均匀输入噪声，因而在有噪声的环境中作业不是问题。在扫描形式，ADC 别离以 25µV、25mV 和 0.5mV 的分辨率，次序接连监督差分检测电压、电源或正的检测电压以及备用 ADC 输入电压。在接连扫描形式，转化的有用刷新率高达 20Hz (取决于履行内部校准的频度)，虽然用户还能够进入瞬像形式，取得单个可选输入的丈量值。高压监督 IC 一般有较大的静态电流，因而在以节能为方针的运用中，不合适运用这种 IC。不过，LTC2946 监督 48V 轨时仅耗费 0.9mA 电流，并可停机，以使功耗降至仅为 15µA。
添加能量监督器的生机
LTC2946 能够用多种电源取得功率，这极大地简化了任何运用的规划进程。图 3a 显现，LTC2946 用来监督一个规模从 4V 至 80V 的电源。无需辅佐偏置电源，因为 VDD 电源引脚能够直接衔接到被监督的电源上。假如 LTC2946 用来监督一个能够低至 0V 的电源，那么该器材能够用衔接到 VDD 的多种辅佐电源取得功率，如图 3b 所示。类似地，假如是一个低至 2.7V 的低压电源，那么 LTC2946 能够装备为如图 3c 所示，以最大极限下降功耗。
图 3a：LTC2946 从被监测的电源取得功率
图 3b：LTC2946 从一个宽规模辅佐电源取得功率
图 3c：LTC2946 从一个低电压辅佐电源取得功率
关于高于 ±100V 的电源而言，INTVCC 引脚上的内置线性稳压器可用于高压侧和低压侧装备，以经过一个外部并联电阻器给 LTC2946 供电。图 4a 显现了一个高压侧功率监督器，其输入监督规模超越 100V，选用高压侧并联稳压器装备。LTC2946 的地经过 RSHUNT 与电路地阻隔，并箝位在比输入电源低 6.3V 的电压上。因为不同的地电平，LTC2946 的 I2C 信号需求进行电平转化，以与其他以地为基准的组件通讯。别的还需求一个镜像电流，以丈量备用 ADC 输入上的外部电压。图 4b 显现，LTC2946 用一个高于 -100V 的电源供电。这儿，低压侧并联稳压器装备答应将 INTVCC 处的电压箝位至比输入电源高 6.3V，并在这样的情况下作业，在这种情况下，输入电源是负轨。如图 4c 所示，假如输入电源和瞬态电压约束为低于 -100V，就不需求并联电阻器，其间 VDD 是相关于 LTC2946 地的电路地处之电源电压。
图 4a：LTC2946 经过高压侧并联稳压器取得功率
图 4b：LTC2946 在低压侧电流检测拓扑经过低压侧并联稳压器取得功率
图 4c：LTC2946 在低压侧电流检测拓扑从被监督的电源取得功率
数字功用带来便当性
与灵敏的供电选项相同，LTC2946 还包含许多便当的、简化规划的数字功用。最清楚明了的数字功用是集成的数字多路复用器与累加器，可为用户供给 24 位功率、32 位能量和电荷值，既减轻了许多轮询电压和电流数据的担负，又可履行额定的核算使命。LTC2946 经过将测得的 12 位电流与测得的 12 位电压相乘来核算功率。在接连形式，经过丈量差分检测电压得到负载电流数据。不过，电压数据可在电源电压、正的检测电压或备用 ADC 输入电压之间挑选。每次进行电流丈量之后，核算 24 位功率值。最终，能量和电荷累加器中逐渐添加功率和电流数据，在一般的电流和功率值情况下，能够存储几个月的数据。
关于电流、电压和功率，LTC2946 有最小和最大值寄存器，因而无需软件接连轮询，使 I2C 总线和主机能够释放出来履行其他使命。除了检测和存储最小 / 最大值，LTC2946 还有最小 / 最大约束值寄存器，可用来在超出约束值时宣布警报，因而微处理器也无需不断轮询 LTC2946 及剖析数据。LTC2946 还可装备为，在供给了规则的能量或电荷量今后，或许当预设的时刻现已过去时，发生溢出警报。关于一个能量监督器而言，报警或许与最小和最大值寄存器相同重要。图 5 显现，LTC2946 怎样经过软件和硬件发生警报。所测得的数据与用户界说的门限相比较;过压、欠压、过流、欠流、功率过大、功率缺乏门限值均可界说并一起监督。然后，状况寄存器告诉用户，哪个参数门限值已超越，一起实践毛病值被记录到另一个寄存器中，能够在今后查询。独自的警报寄存器答运用户挑选，依照 SMBus 报警呼应协议呼应哪些参数，该协议中的报警呼应地址 (Alert Response Address) 被播送出去，/ALERT 引脚被拉低，以告诉主机呈现了报警事情。
图 5：LTC2946 怎样发生毛病警报
LTC2946 选用功用得到共同增强的规范 I2C 接口与外部国际通讯。有 9 个 I2C 器材地址可用，因而能够十分容易地将多个 LTC2946 规划到同一个体系中。一切 LTC2946 器材都呼应一个公共地址，这答应主总线一起对几个 LTC2946 进行写操作，而不论它们各自的地址是什么。堵塞总线复位守时器使内部 I2C 状况机复位，以在 I2C 信号坚持为低电平的时刻超越 33ms (堵塞总线条件) 时，答应康复正常通讯。因为有分路 I2C 数据线，所以无需运用 I2C 分路器或整合器完成双向传输以及跨阻隔鸿沟接纳数据，这带来了便当性。此外，LTC2946-1 版别供给反相数据输出，以用于负输出光阻隔器装备。
定论
LTC2946 是一种通用的电路板级能量监督器，适用于多种运用，为用户供给了简略但十分有用的电流、电压、功率、能量、电荷及时刻监督办法。高性能根本构件答应 LTC2946 以同类器材中最高的精确度、便当地监督 0V 至 100V 正和负轨。因为有独立的高压监督和电源引脚，并且内置稳压器支撑超越 100V 的电源，所以用户有各种偏置挑选。LTC2946 的模仿功用与其主资源节约的数字功用相同超卓，包含多路复用器、累加器、最小 / 最大值寄存器、可装备警报以及功用十分强壮的 I2C 接口。
