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案例详细
标题隔离变送器在电源监测和数据保护中的应用
技术领域
行业
简介
内容     在单片机系统的实际应用中,经常会遇到这样两种情况:第一种是系统电压瞬时欠压导致单片机程序“跑飞”,使系统不能正常工作;第二种是系统意外掉电导致重要数据丢失而不能恢复。为了尽量避免这两种情况的发生,需要加上电源检测和保护电路,以提高系统的抗干扰性和安全性。

  在现今的测量系统中,常常使用隔离电源给系统供电,DC-DC电源模块进行隔离,使到输入输出通道两边的所有信号没有任何电气上联系,达到抑制电磁干扰和消除接地环路,保护系统电路免受外部网络影响的效果。一般地,部分系统要求DC-DC产品一般是前端宽电压输入(如18~36V,9~18V等),稳压输出。对于宽电压输入的电源监测,需要采用新的方法实现。这里所介绍的是用广州金升阳科公司的隔离变送器T6650D(图1)和隔离电源WRB2412ZP-3W(图2)构成的一种实用的宽电压输入的隔离电源掉电检测和数据保护电路。

  隔离放大器,就是使输入与输出之间电气绝缘的放大器,在测量设备、医疗电子设备、电力设备等方面被广泛应用。在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种各样自动化仪表,控制系统及执行机构,构成系统后有时往往发现在仪表和设备这间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。使用隔离变送器,可以有效地去除电磁干扰、高频信号渗入的影响;同时可以保护后级设备的安全,防止误动作和事故扩大;另外,部分系统使用隔离电源,系统连接存在多点接地,这样设备之间的信号参考点之间可能存在电势差,从而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真,使用隔离变送器可以有效解决此类问题。

  金升阳公司的T6650D主要性能和特点:

  1. 高精度隔离变送器,达0.1%F.S.;

  2. 工作电压为12V;

  3. 输入信号0~5V,输入阻抗大于10MΩ;

  4. 输出信号0~5V,输出是低阻抗;

  5. 良好的抗干扰能力。

  T6650D 模块的功能结构如图3:



图3

  系统电源输入后,经WRB2412ZP-3W隔离输出,得到12V稳压电源。12V电源供给T6650D,作为T6650D的供电电源。12V电压经LDO降压后,输出3.3V给MSP430单片机提供工作电源。如果对整机功耗有要求的话,可选用MORNSUN的K7803-500(图4)。



图4

  由于隔离变送器T6650D是三隔离,即供电,信号输入,信号输出之间相互隔离,而系统只需要信号输入与输出隔离,所以,需要将T6650D信号输出地(1脚)与供电地(24脚)连接在一起,从而构成双隔离模块使用。电路如图5:



图5

  系统电源电压18~36V,经R1,R2分压后,输入T6650D信号输入端。因为考虑到单片机用3.3V供电,而且绝大部分单片机都带有2.5V内部电压基准,所以V1电压应该小于2.5V。

  V1=U*R1/(R1+R2)=1~2V

  因此,T6650D信号输入端输入信号为V1电压为1~2V,经过T6650D变送器的线性隔离,输出1~2V的电压监控信号,经RC网络滤波后,供给单片机ADC端口采集。当ADC检测到输入的电源信号处于各种的设定值时,进入相应的处理程序,处理现有外围电路的工作状态,再将数据保存在FLASH中。同样地,因为WRB2412YMD-3W输入电压从18~36V,在此范围内,可按输入电压大小不同,定义系统供电情况,如欠压,正常,过压等等,实现了实时对宽电压输入的隔离电源的监控,确保系统的安全。

  传统的光耦隔离方法监测电源,只有一个监测电压,无法实现多点监控,而且构成的外围电路复杂,抗干扰能力差。使用隔离变送器有着多个比较点,可以对18~36V整个供电电压范围都可以实时监控,并可以随机设置程序,改变监控电压点,不用更改的调节硬件电路,方便快捷。

  系统使用定时查询方式来采集输入电源电压的大小,当发现采集的ADC值小于我们设定时,按照不同的电压值会有不同的功能模块采取相应的处理。流程如图6:



图6

    总结

  使用隔离变送器T6650D做隔离电源系统的电压监控,不但可以简化电路设计及处理程序,与此同时,还可以得到多个电压点的监控。因为隔离变送器本身性能特征,可以对系统的干扰(如继电器、PLC等的高频干扰信号)进行隔离,保护系统电源监控电路免受外部网络的影响,从而保证系统工作的稳定。