电流、电压、功率超限报警器RT6056简介

我们曾经介绍过 RT6052，它是电压放大器和带有输出状态保持功能的比较器的结合体，这让它在被使用的时候就可以像一个交流接触器或说是空气开关，负载电流流经电流检测电阻形成的压差超限以后就会断电，必须消除造成过载的现象以后再加电才能恢复正常工作状态。

现在我们介绍一颗新的器件 RT6056，它能对电压、电流进行测量并计算出相应的功率，你可以根据自己的需要选择对电压过高或过低、电流过大或过小或功率过大的情况进行监测，一旦发现超限就发出报警信号，此信号既可以被用来直接控制某个电路的通断，也能用于通知系统处理器展开后续处理，或者就让这个信号短暂地出现一下以提示超限现象的存在，新的状态会覆盖旧的状态，以便你能对系统的工作状态进行连续的记录。

为了实现上述的功能，RT6056 在组成上包含有电压放大器、A/D 转换器及其转换结果储存寄存器、标定数据寄存器、隐藏起来的乘法器及其结果储存寄存器、阈值储存寄存器、数据比较器和用于选择比较对象的数据位及输出控制位，其电路框图如下图所示：

其应用电路可根据需要在下列图片中进行选择：

电流信号需要通过电阻转换为电压差接入 IN+、IN- 以差分信号的形式输入，电阻所在位置的电压就以共模信号的方式同时进入 IN+/IN- 而不会发生影响，其容许范围为 0V~36V。差分信号的电压范围为 -81.9175mV~81.92mV，这个范围对应后面的 16 位 ADC 的数据范围就是 -215~215，其最高位是符号位，负数是以 2 的补码的形式表达的。由于电流数据可正可负，对电流的测量实际上是双向的。由于 ADC 以 2.5μV 为标准分辨率，它所测得的数据与实际电流及检测电阻的参数有关，而我们要计算功率又需要有准确的电流安培数，所以该数据需要经过标定以后才能转换为实际的安培数，所以需要在标定寄存器里写入标定数据，其计算公式为

其中的 RS 就是电流检测电阻的电阻值，ILSB 则是最终所获电流数据的计量单位。

以上表中的数据为例，10A 电流流过电流检测电阻 RSHUNT = 2mW，由此形成的电压差为 20mV，它经过 ADC 后就会得到一个 8000 的结果，这个结果经过转换处理后得到以 1mA 为单位计量的结果 10000 即 10A 的表达，而从 8000 变成 10000 需要加上一个系数 1.25，这个 1.25 对于数字系统来说是一个不好处理的数据，所以在设计上就给它乘上一个数据 2048 变成 2560，这个数据就是上面所说的标定值，再把这些数据代入上面的标定值计算公式就会发现其中的 0.00512 就是一个必须存在的数据。

经过这样的推导就会知道，当任意一个数据出现在 Sense Voltage 寄存器 (01h) 中时，这个数据就会主动地和标定值寄存器 (05h) 中的数据相乘，最后得到的结果被储存在电流寄存器 (04h) 中，这个过程就是规格书中的下述计算公式所表达的内容。

RT6056 对电源电压的检测是通过 VBUS 进行的，ADC 转换所得的数据记录在地址为 (02h) 的寄存器中，它对电压的分辨率为1.25mV，12V 所对应的结果就是 9600（如上表所示），VBUS 端接入的最高电压可达 36V。

有了电流和电压数据，RT6056 就可以计算功率了，这个很简单，将寄存器 (02h) 和 (04h) 的结果相乘即可，但所得数据会太大，所以芯片主动提供了经过修正的结果，即将它们的乘积缩小 20000 倍，结果存入功率寄存器 (03h) 里，其计量单位为 25mW（目前规格书的内容错为 25mV，只能等改版时再修改了）。

有了电流、电压和功率数据，RT6056 就容许从中挑选合适的监测对象以判断是否超限。

这个地址为 (06h) 的寄存器里有可以选择的设定位以分别选择对电流过大/过小、电压过高/过低和功率过高的情况进行监测，监测结果通过器件的ALERT 引脚予以反映，你可以通过上述寄存器选择输出信号的极性以及是否容许它持续存在，相关的细节在此不予细聊，需要者可以参考规格书了解细节。

超限判断是需要阈值作参考点的，这个数据需要被存入地址为 (07h) 的 Alert Limit 寄存器里。

这里反复提到的寄存器地址都是外部控制器通过 I2C/SMBUS 接口与 RT6056 交流时需要涉及的寄存器地址，而 RT6056 在 I2C/SMBUS 总线上的地址是可以变化的，将其地址设定引脚 A1、A0 连接到不同的地方便可实现，其中共有 16 个选项，所以在一条 I2C/SMBUS 总线上最多可以挂 16 颗 RT6056 以分别实现对 16 个对象的监测，RT6056 在遇到超限报警时也可以通过总线进行报警，系统控制器可通过对器件内部寄存器的读取判定报警来源。

实际中的电流、电压都会有噪声和波动，其影响也会在转换后的数据上表现出来，为了降低其影响，设计上可以加入滤波电路。通过加长 ADC 的转换时间和选择数据平均的功能也可以起到消除噪声波动影响的作用，这些都在规格书里有细节描述，读者可以仔细阅读参考。

RT6056 也有工业级的型号可提供给客户使用，其型号里会插入字母 Q 而变成 RTQ6056，需要者可按需选用。

审核编辑 ：李倩