【应用】USB接口恒温器中TS9001-1/TS6001运算放大器、TS1001比较器的应用

时间： 2018-08-23 来源：Silicon Labs

代理服务

技术支持

采购服务

1，简介

在气温高达华氏80度的地区，比如中美洲、南美洲、亚洲、中东和美国部分地区，便携式的电风扇将会起到巨大作用。用基本电路和集成电路IC来设计和实现这个模拟设计电路方案，对于刚接触模拟电路的人来说，还是一个巨大挑战。本文提供了一种基于温度的风扇恒温控制器的实现方案。该方案采用目前大量使用的USB接口设备来驱动这种便携式风扇恒温器，给用户带来丝丝凉爽。该方案使用一种简单的温度传感器和一些简单的低功耗模拟电路，由SILICON LABS的TS6001-2.5V，TS1001低功耗运算放大器和TS9001-1 比较器三部分组成。通过这种方案，可以发现设计一个5V的USB便携式风扇恒温控制器是很简单和有趣的事情，当然也是很有用的。

2，概述

TS9001-1的低输入补偿电压（V_OS）和低输入电流（I_IN+/-），可以实现一个高输入灵敏度且自身仅仅消耗0.68µA电流的采集环路。内置的1.252V参考电压，允许有简单的接口电路和少量的组件来设置比较器的阈值电压。其轨到轨输入支持一个宽范围的共模输入偏置电压和尽可能宽的输入信号范围。另外，TS1001具有精密的直流性能，比如它的超低0.5mV输入补偿电压、超低的0.025nA输入偏置电流和90dB的高开环增益。得益于这些优异的性能，本应用可以根据输入端的精确温度产生一个输出电压。TS6001的2.5V精密参考电压在应用中作为低压降线性稳压器，其线性调节性能可以省去使用在TS1001和TS9001-1上额外的旁路电容。其电路图如图1所示。

图1 超低供电电流，USB供电的恒温器电路

2.1 实现电路

在这个方案中，选择的温度传感器是一个符合工业标准的LM35温度传感器。LM35温度传感器产生的输出电压，与环境温度成正比关系。其斜率是+10mV/℃。这个温度传感器提供了一个线性的输出响应，其最大的输出电压是1500mV，对应到150℃的环境温度。然而，地球上最热的气候温度大约是60℃左右，所以这个方案温度信号采集会设计到这个温度水平上。LM35温度传感器的传输曲线如图2所示。另外，在这个方案中，采用了型号为Si9942DY的N型MOSFET来开启和关闭AP121P 5V/200mA电风扇。

TS6001提供了TS1001运算放大器的2.5V电源，而TS9001-1比较器、TS6001参考电压、LM35温度传感器和风扇都将由USB提供的5V电源供电。在这个应用方案中，TS1001运算放大器是配置为非反相输入的，将温度传感器LM35的输出连接到TS1001运算放大器的非反相输入端。当温度上升到26.4℃时，LM35温度传感器输出的电压是264mV,通过TS1001运算放大器，产生4.75增益后的输出电压1.254V，这个输出电压连接到TS9001-1的非负向输入端，并在TS9001-1的输出端输出高电平状态，这将打开MOSFET，从而打开电风扇。反之，在环境温度低于26.3℃（参考2.2）时，即可关闭电风扇。

2.2 讨论和总结

为了设计实现这个应用方案，需要进行以下设计步骤：

1，确定温度传感器随着环境温度变化的斜率。

2，计算LM35的输出电压VOUT，基于（1）可得：

V_OUT=T℃ x 10mV/℃ -----1

3，计算出TS1001输出达到1.254V需要的增益，G：

G = 1.252V / V_OUT -----2

4，计算反馈电阻总和

R_T = R4 + R5 -----3

5，计算R4和R5。通过运算放大器的非反向方程（通过方程式3，和步骤3中得到的G，即可计算出R4与R5）：

G = 1 + R5 / R4 -----4

当风扇通电时，该应用方案从USB端口消耗的总电流是200.14mA，而电路中的器件，如TS9001-1、TS6001及TS1001只消耗了总能量的0.02%。如果想要进一步的减少电流消耗，可以适当的增加TS1001的反馈电阻值。例如，如果将反馈电阻的电阻值加倍，则反馈的电流减半，这将使得供电电流减少2.5µA。在当前的应用方案中，总电阻为248.3KΩ，TS1001的输出电压为1.254V，反馈电流是5uA。在最大输出电压2.5V时，其电流是10.1µA。

在这个应用方案中，TS9001-1的输入迟滞为3mV，因此，上升的阈值（或V_THR）是1.254V，对应温度是26.4℃。下降的阈值（或V_THF）是1.251V，对应温度是26.3℃。如果想要在较低的温度关闭风扇，则对应着它的关闭温度，额外的迟滞需要添加进比较器中。可以参考TS9001-1的数据手册的应用部分，详细了解如何增加比较器的迟滞现象。

在选择MOSFET时，需要考虑它是否能够承载风扇的电流。因为TS9001-1的输出是轨到轨的满值5V电压，所以MOSFET不需要是超低阈值电压的类型。

为了保证准确的增益G、精确的温度曲线、V_THR和V_THF，推荐使用精度为1%的反馈电阻。

3，结论

该应用方案使用了多种低功耗的高精度模拟集成电路，实现了USB接口恒温器。其控制精度误差小于0.8℃。总而言之，在这个运用中，或者其他的温度传感的应用中，TS9001、TS1001及TS6001-2.5是很好的选择。要获取更多的信息，可以在世强官网获取到TS9001等器件的数据手册。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 5
| 转发至：

本文由风九翻译自Silicon Labs，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

平台合作

提交评论

全部评论（5）

D&G Lv4. 资深工程师 2018-11-04

了解一下！
Jackie0078 Lv8. 研究员 2018-10-13

学习
Nicole2 Lv5. 技术专家 2018-08-23

学习一下
terrydl Lv9. 科学家 2018-08-23

看看
luose Lv8. 研究员 2018-08-23

学习！

没有更多评论了

【应用】1V以下单个电池电流感测解决方案：Silicon Labs 0.8V/0.6µA运算放大器TS1001

TS1001是Silicon Labs推出的一款纳米CMOS运算放大器。其采用0.65V~2.5V单电源供电，电源电压的典型傎为0.8V，电源电流的典型值为0.6μA。可实现低于1V电源的电流感测放大器，可用于电流感测放大器来监测电池或太阳能电池的电流，并可估计功率容量和剩余寿命。

2018-11-15 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】圣邦微运算放大器SGM8049在新故障指示器中的应用

国网新规范新一代配电线路故障指示器要求依托高性能小电流自取电技术，高精度电子式电路互感器技术及低功耗的微功率无线通讯技术，通过对线路电流的高精度测量及高速录波，结合大数据的融合分析，从而准确判断线路短路及各种类型接地故障，快速定位故障区段，提高供电可靠性。本文推荐使用圣邦微的运放SGM8049和SGM8044。

2019-05-28 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】Silicon Labs为电力节省提供优良的占空比控制方案

Silicon Labs推出了超低功耗模拟比较器提供了一个非常低功耗的时钟，用于应用占空比控制，可以广泛的应用于太阳能探测器以及供电系统等典型应用。

2018-09-01 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【产品】四款超低功耗，低电压供电的单/双电源比较器，具有单/双/四通道可选

TSM931/TSM932/TSM933/TSM934系列是 Silicon Labs（芯科科技）推出的超低功耗，低电压供电的单/双电源比较器，具有单/双/四通道可选，在电气性能和外形上，都与MAX931/ MAX932/ MAX933/MAX934系列模拟比较器相同。超低功耗的特性使得其是电池供电系统的理想选择，除此之外，还可用于各个系统中的阈值检测，窗口比较，电平转换和振荡器电路等。

2018-09-09 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【成功案例】封装尺寸仅为1.45x1mm运算放大器SGM8605-1实现低功耗、小尺寸静电检测穿戴设计

静电检测手环要求体积小，续航时间长。因此需要小尺寸、低功耗的解决方案实现。本文将主要介绍圣邦微的SGM8605-1超小尺寸运算放大器及Silicon Labs推出的超低功耗单片机EFM8SB10F8G-CSP16组成在静电检测穿戴中的应用方案。

2018-09-23 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

TS9002演示板低功耗单/双电源双路比较器，内置基准电压源

该资料介绍了TS9002演示板，这是一款用于评估TS9002比较器的完全组装和测试电路板。TS9002是一款低功耗单/双电源双比较器，具有内部1.182V ±0.75%参考电压。演示板支持单电源（+2.5V至+11V）或双电源（±1.25V至±5.5V）供电，并提供推挽TTL/CMOS兼容输出。资料详细描述了电路板的组件、工作原理、快速启动步骤以及如何使用示波器和函数发生器进行测试。

SILICON LABS

2016/12/10 - 技术文档 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

【产品】超低功耗的TSM921、TSM922、TSM923、TSM924比较器，可连续提供高达40mA的电流

Silicon Labs推出的超低功耗TSM921、TSM922、TSM923、TSM924比较器，具有单/双/四通道可选，可采用+2.5V至+11V单电源或±1.25V至±5.5V双电源供电。单通道的TSM921和双通道的TSM922 的工作电流小于4μA（最大值），而双通道的TSM923和四通道的TSM924的工作电流小于2.5μA（单通道）。主要应用于阈值检测器,窗口比较器,电平转换器等领域

2018-09-07 - 新产品代理服务技术支持采购服务

金属探测仪的低成本方案有哪些？探测灵敏度高吗？

金属探测仪主要有三大类：电磁感应型，X射线检测型，微波检测型。其中电磁感应型通常由三组线圈构成检测器的核心部分，中央发射线圈和两个对等的接收线圈，通过高频振荡器驱动中央线圈产生磁场，另外两个线圈在没有金属时，磁场相互抵消；一旦有金属进入磁场，就会打破平衡，未被抵消的磁场被系统放大处理，产生信号。推荐：【选型】ROHM（罗姆）晶体管选型指南：https://www.sekorm.com/doc/672592.html【选型】Silicon Labs（芯科科技） EFM8 8位MCU选型指南：https://www.sekorm.com/doc/62779.html【选型】SGMicro（圣邦微）产品选型指南（包含运算放大器，比较器等）：https://www.sekorm.com/doc/946849.html

2018-11-23 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

TS9001比较器演示板

该资料介绍了TS9001比较器演示板，这是一款用于评估TS9001-1和TS9001-2模拟比较器的完全组装和测试电路板。该板支持3.3V单电源操作，并提供了两种配置以供评估。资料详细列出了组件清单、设计参数、默认配置以及快速启动步骤，包括所需设备、信号连接和测试方法。此外，还包含了产品数据表和相关文档的获取方式。

SILICON LABS

2016/12/10 - 技术文档 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

【经验】低压微功耗模拟比较器TS9004评估板TS9004DB使用说明

TS9004是Silicon Labs推出的低压，超低功耗的模拟比较器。具有超低的静态电流，最大值仅为5.1μA。TS9004可以2.5V-11V单电源供电，也可以通过±1.25V±5.5V双电源供电。具有兼容TTL/CMOS电平的推挽输出。内置1.182V±1%参考电压。TS9004评估板TS9004DB是对TS9004比较器的全功能装配产品，可以完成对TS9004比较器全功能进行测试和评估。

2018-08-30 - 设计经验代理服务技术支持采购服务

32位单片机EFM32HG，使用模拟比较器(ACMP)，可用的内部参考电平有哪些？

对于32位单片机EFM32HG的ACMP负输入端，内部提供3种参考电压：1.25V、2.5V和VDD_SCALED，其中VDD_SCALED通过VDD缩放比例得到，通过公式VDD_SCALED = VDD×VDDLEVEL/63，可以设置0~VDD范围的电压。

2016-10-25 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

TSM917 1.8V毫微功耗比较器，内置1.245V基准电压源

TSM917是一款低功耗、高精度的纳米级比较器，适用于2节电池监测和管理等应用。该产品具有以下特点：+1.8V工作电压，750nA超低功耗，内部1.245V±1.5%参考电压，可驱动8mA负载，具有内部滞环以实现干净切换，提供5引脚SOT23和8引脚SOIC封装。适用于医疗仪器、阈值检测器、低功耗系统、移动通信和遥测系统等。

SILICON LABS

2016/12/10 - 技术文档 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

TS1003是仅有的0.8V至5.5V、0.6μA轨对轨单运算放大器

TS1003是一款低功耗、高精度的运算放大器，适用于0.8V至5.5V的电源电压范围。它具有极低的静态电流（典型值为0.6μA），非常适合电池供电的应用。该器件具备轨到轨输入和输出能力，无相位反转，并支持单端或差分信号处理。

SILICON LABS - 0.8V TO 5.5V, 0.6ΜA RAIL-TO-RAIL SINGLE OP AMP,0.8V至5.5V，0.6ΜA轨对轨单运放,TS1003IJ5T,TS1003IG5T,TS1003IG5,TS1003,TS1003IJ5,POWERLINE OR BATTERY CURRENT SENSING,BATTERY/SOLAR-POWERED INSTRUMENTATION,电源线或电池电流感应,有源RFID读卡器,ACTIVE RFID READERS,无线遥感器,LOW-VOLTAGE SIGNAL PROCESSING,MICROPOWER ACTIVE FILTERS,BATTERY-POWERED INDUSTRIAL SENSORS,电池供电的工业传感器,微功率有源滤波器,电池/太阳能仪表,PORTABLE GAS MONITORS,WIRELESS REMOTE SENSORS,手持/便携式POS终端,低压信号处理,HANDHELD/PORTABLE POS TERMINALS,便携式气体监测仪

2014 - 数据手册 - Rev.1.0 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

TS12011/TS12012演示板0.8V/1.5μa毫微功耗运算放大器、比较器和基准电压源

该资料介绍了Silicon Labs公司生产的TS12011/TS12012纳米级低功耗运算放大器和比较器评估板。该评估板集成了0.58V参考电压、20µs模拟比较器和单位增益稳定的运算放大器。适用于超长寿命、单节电池供电的应用。资料详细描述了评估板的配置、测试方法和电路设计，包括非反相和反相配置，以及如何使用该板进行测试和评估。

SILICON LABS

2016/12/10 - 技术文档 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务