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designideas
2005年4月号
白色LEDドライバ利用の遠隔温度センサー

Scot Lester 米Texas Instruments社
 長さ1200mの4mA〜20mA電流ループと、電池駆動の白色LEDドライバICを用いて、温度の遠隔測定ができる。このドライバICは通常、プログラムできる定電流を電池からLEDに供給するのに使われている。例えば、TPS60230シリーズは、2.7V〜6.5Vの電池電圧を定電流に変換するもので、電流値はISET端子の外付抵抗と制御電圧によって設定する。図1の遠隔温度センサー回路は、通常LED駆動に使う電流を、温度測定ループに電力を供給するために使用している。
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 この面積50mm2の試作回路において、LEDドライバは、4mA〜20mAの電流でループを駆動している。電流は測定温度に比例しており、−10℃で4mA、50℃で20mAとなっている。IC3がドライバIC4のISET端子に0.6Vを印加すると、IC4は端子からの電流を260倍にして、LEDドライブ出力に反映させる。
 ILOOP=260×(0.6−VISET)/RISET
 この例では、ISET端子に接続された抵抗RISETは固定値なので、出力電流は、オペアンプIC3の出力で決まる電圧VISETと0.6Vの差に比例する。RISETが6.49kΩであるため、20mAのループ電流を供給するには0.1V、また4mAを供給するには0.5VのVISETが必要になる。
 TMP36温度センサーIC(IC1)は25℃で750mVの電圧を発生する。この値は10mV/℃の割合で変化するため、−10℃では0.4V、50℃では1Vになる。これらの電圧はこのままではISET端子の入力電圧条件を満たさないので、REF2912基準電圧出力IC(IC2)とオペアンプOPA374(IC3)を用いてスケーリングする。このループ回路の電流は次式で与えられる。
 ILOOP=260/RISET×(0.6−VREF×(R2/(R1+R2))×(1+R4/R3)+VTEMP(R4/R3
 図1の部品の値をそれぞれ代入すると、次の結果が得られる。
 ILOOP=0.0267×VTEMP−0.00644
 LEDドライバの出力は、電池電圧が2.7V以上あれば、抵抗値が180Ωまでのループを駆動することができる。従って、受信側の入力抵抗を100Ωとすると、AWG24ツイストペア線ならば450m、AWG20ならば1200mを超えるループを駆動できる。電池の電圧を高くすればさらに距離を延ばすことができる。
 この回路は電流ループを駆動するので、電池の寿命は測定温度によって決まる。図1の回路では、13.3mAのループ電流が測定温度25℃に対応する。従って、単3アルカリ電池を2個直列にすれば、室温で120時間を超える遠隔温度監視が可能である。温度測定の誤差は、校正を行わない場合、フルスケールの約2.5%である。測定温度範囲を狭くするか、校正を行えば、確度は高められる。


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