红外线测温仪低功耗模式
表面光电压是指当使用高于禁带宽度能量的光照射半导体材料时，电子从导带跃迁到价带而产生电子空穴对所形成的电压。一方面，常温下n型半导体的能带向上弯曲红外线测温仪，形成内建电场，并在电场作用下，载流子发生漂移;另一方面，由于半导体表面的载流子浓度高于体内，载流子会发生扩散。载流子经过扩散和漂移，最终将形成电势差。从而产生表面光电压。由于表面光电压的信号非常微弱，而锁相放大器是以相干检测技术为基础，因此，可利用参考信号频率和输入信号频率相关、与噪声不相干的方式来提取有用信号。本文采用SR830锁相放大器，并通过斩波器来提供参考频率，以对微弱的表面光电压信号进行提取。图4所示是锁相放大器数据处理模块的软件流程图。由于供电电网的波动及电网的电压波形是一种非标准正弦波，其峰值不能通过平均值或有效值间接计算。该系统采用对非标准正弦波在一个周期内多次采样，并通过冒泡法比较采样值，得到电压的最大值或最小值作为其正峰值和负峰值。显然只要采样密度适当，完全可以得到真实的电压峰值。我国交流电的频率为50 Hz，设计中采样频率设置为10 kHz，即每个交流波形周期中采样200次，足以正确地反映出电压的变化情况，从而确定电压的峰值。
2 硬件设计
设计中，以MSP430F449单片机、MAX1270模/数转换器为主要器件。前端A/D输入采用电阻分压方式将交流电进行降压;采用RS 485芯片作为通信接口芯片红外线测温仪，硬件框图如图1所示。通过反馈环路保持R13两端的电压固定，最终得到固定的LED电流。根据LED电流和开关占空比产生一个固定值，电压控制环路为电流控制环路产生一个输入基准，用于设置电感的平均电流。比较R13两端的压降和100mV基准，电压误差放大器对这一差值进行放大，产生一个与所要求的电感平均电流相对应的基准电压，利用下式计算基于LED电流的R13电阻值：，式中，ILED为LED电流(本应用中为2A)，0.1V是电压控制环路的反馈基准。代入已知参数，得到：R13=0.05W。电阻额定功率应该高于ILED2×R13。LED通过连接在PWMDIM输入端的低频PWM信号调节亮度(外部信号作用在图1电路)，PWM信号幅度范围：3V至10V，频率可达2kHz。电路中，外部MOSFET (Q1)与LED串联能够快速接通、切断LED电流。PWM ON期间，Q1导通;PWM OFF期间Q1断开。LED关闭时，U3将CLP拉低，禁止PWM开关工作，关闭Q2。
小信号MOSFET Q3用于完成一个重要功能，PWM调光时可直接影响LED电流控制环路的响应时间。PWM OFF期间处于断开状态，阻断C12/C14通路使其在OFF周期内保持电荷量不变;PWM返回ON状态时，电压误差放大器的输出可以立即达到前期的稳态值，几乎在LED导通的同时建立LED电流。通用运算放大器(U1)能够在LED温度达到85℃时阻止电流的流通，为LED提供保护。利用EPCOS NTC电阻检测温度，将其安装在LED板，假设25℃时对应的阻值为10kW，运算放大器的输出控制U2的EN输入红外线测温仪，当温度达到85℃时关闭LED，温度降至75℃时恢复LED导通。电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电的隔离。电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。tc是从零到最小击穿电压VBR的时间。对单极性TVS小于1×10－12s；对双极性TVS小于10×10－12s。
2TVS的分类
TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种；按用途可分为通用型和专用型；按封装和内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等。轴向引线的产品峰值功率可以达到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中大功率的产品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装的场合。对于高密度安装的场合还可以选择双列直插和表面贴装的封装形式。为一典型的开关电源驱动电路。当功率开关管关断时，由于开关变压器线圈漏感的存在红外线测温仪，会产生极高的反电势，有可能将功率开关管击穿。当在开关变压器一次侧并接上TVS管后，可以有效地吸收电压尖峰，保护功率开关管的安全，降低对功率开关管耐压的要求。TVS管的选择如下：ZigBee 无线网络节点的软件开发平台采用IAREmbedded Workbench V7.30B for 8051 （ IAR EW）集成开发环境。ZigBee 无线模块的软件系统协议栈采用操作系统的思想来构建，采用“事件轮询”机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式。当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。整个Z-Stack 的主要工作流程大致分为：系统启动，驱动初始化，OSAL初始化和启动，进入事件轮询阶段。因为10只锂离子电池组的最高电压约为42V，对于运放来说，已经超过了最高电压，所以在减法电路中采用了电压衰减，然后进行放大的方法。因为放大部分采用的都是相同的放大倍数，所以可以放到模拟开关后，这样整个检测电路只需要一个放大电路，可以节省成本。
在实际使用过程中，为了保证10倍电压衰减的精度，电阻R采用33kΩ (1%精度) 。因为高精度的大电阻需要专门订做，而且贵。在实验中电池组的性能出现了明显的衰退，如图2所示。在前52次循环(0.5C充放电) 中，电池组中，单体电池的放电截止电压出现了很大的差式(3) 中：In为第n根检测线上的漏电流。当电阻R固定后，Vn+和Vn-越大，In越大，所以越是靠近电池组正极的检测线的漏电流越大。
在充电过程中，回路中的充电电流经过每一根检测线，都要被电压检测电路分出去一部分电流，越接近电池组负极的电池红外线测温仪，被分流的就越多，这样在充电过程中，越靠近电池组正极的电池充电电流就越大。放电过程中也是同样，越靠近电池组正极的电池放电电流越小。在整个循环中，靠近电池组正极的电池，充入的电量多，放出的电量少；而靠近电池组负极的电池充入的电量少，而放出的电量多，这就是造成电池组的不一致性的原因。随着循环的进行，不一致性加剧，即使电池的初始状态一致，因累加效应的存在，使电池组在循环的过程中因漏电流而出现不一致，尽管漏电流比较小，但是多根检测线以及长时间的累加，就会影响电池组的一致性。与基于电感的电压控制器相比，电荷泵具有小尺寸的优势，它被广泛用于便携式产品中，提供负的电源电压。将电荷泵电路与电压基准源相结合，能够在正电源供电时获得一反相基准电压(图一)。该电路不同于由三端基准和运放倒相器构成的反相基准源，它不需要外加精密电阻和负电源即可获得精密的输出。电荷泵倒相器(U2)将5V 精密基准源(U1)的输出反相，产生-5V基准电压。U1输入电压范围为5.2V至12.5V，如需获得-2.5V的基准电压，可用MAX6125(输入电压+2.7V至12.5V)替代U1。该方案电路结构非常紧凑，芯片采用SOT23封装，外部只需要三个标贴电容。
220V交流市电经整流滤波后变为高压直流供给开关变压器，此高压直流变化范围是240V～360V，而由于变压器漏感和引线电感的存在，关断过电压可以高达几千伏红外线测温仪，功率开关管关断时难于同时承受这两种电压。综合考虑可以选用VWM等于200V左右的TVS，这样将关断过电压控制在300V以内，加上电源电压，功率开关管选用耐压为700V的管型即可。
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