在現今的測量系統中,常常使用隔離電源給系統供電,DC-DC電源模塊進行隔離,使到輸入輸出通道兩邊的所有信號沒有任何電氣上聯系,達到抑制電磁干擾和消除接地環路,保護系統電路免受外部網絡影響的效果。一般地,部分系統要求DC-DC產品一般是前端寬電壓輸入(如18~36V,9~18V等),穩壓輸出。對于寬電壓輸入的電源監測,需要采用新的方法實現。這里所介紹的是用廣州金升陽科公司的隔離變送器T6650D(圖1)和隔離電源WRB2412ZP-3W(圖2)構成的一種實用的寬電壓輸入的隔離電源掉電檢測和數據保護電路。
隔離放大器,就是使輸入與輸出之間電氣絕緣的放大器,在測量設備、醫療電子設備、電力設備等方面被廣泛應用。在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種各樣自動化儀表,控制系統及執行機構,構成系統后有時往往發現在儀表和設備這間信號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。使用隔離變送器,可以有效地去除電磁干擾、高頻信號滲入的影響;同時可以保護后級設備的安全,防止誤動作和事故擴大;另外,部分系統使用隔離電源,系統連接存在多點接地,這樣設備之間的信號參考點之間可能存在電勢差,從而形成“接地環路”造成信號傳輸過程中失真,使用隔離變送器可以有效解決此類問題。
金升陽公司的T6650D主要性能和特點:
1. 高精度隔離變送器,達0.1%F.S.;
2. 工作電壓為12V;
3. 輸入信號0~5V,輸入阻抗大于10MΩ;
4. 輸出信號0~5V,輸出是低阻抗;
5. 良好的抗干擾能力。
T6650D 模塊的功能結構如圖3:
圖3
系統電源輸入后,經WRB2412ZP-3W隔離輸出,得到12V穩壓電源。12V電源供給T6650D,作為T6650D的供電電源。12V電壓經LDO降壓后,輸出3.3V給MSP430單片機提供工作電源。如果對整機功耗有要求的話,可選用MORNSUN的K7803-500(圖4)。
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圖4
由于隔離變送器T6650D是三隔離,即供電,信號輸入,信號輸出之間相互隔離,而系統只需要信號輸入與輸出隔離,所以,需要將T6650D信號輸出地(1腳)與供電地(24腳)連接在一起,從而構成雙隔離模塊使用。電路如圖5:
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圖5
系統電源電壓18~36V,經R1,R2分壓后,輸入T6650D信號輸入端。因為考慮到單片機用3.3V供電,而且絕大部分單片機都帶有2.5V內部電壓基準,所以V1電壓應該小于2.5V。
V1=U*R1/(R1+R2)=1~2V
因此,T6650D信號輸入端輸入信號為V1電壓為1~2V,經過T6650D變送器的線性隔離,輸出1~2V的電壓監控信號,經RC網絡濾波后,供給單片機ADC端口采集。當ADC檢測到輸入的電源信號處于各種的設定值時,進入相應的處理程序,處理現有外圍電路的工作狀態,再將數據保存在FLASH中。同樣地,因為WRB2412YMD-3W輸入電壓從18~36V,在此范圍內,可按輸入電壓大小不同,定義系統供電情況,如欠壓,正常,過壓等等,實現了實時對寬電壓輸入的隔離電源的監控,確保系統的安全。
傳統的光耦隔離方法監測電源,只有一個監測電壓,無法實現多點監控,而且構成的外圍電路復雜,抗干擾能力差。使用隔離變送器有著多個比較點,可以對18~36V整個供電電壓范圍都可以實時監控,并可以隨機設置程序,改變監控電壓點,不用更改的調節硬件電路,方便快捷。
系統使用定時查詢方式來采集輸入電源電壓的大小,當發現采集的ADC值小于我們設定時,按照不同的電壓值會有不同的功能模塊采取相應的處理。流程如圖6:
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圖6
總結
使用隔離變送器T6650D做隔離電源系統的電壓監控,不但可以簡化電路設計及處理程序,與此同時,還可以得到多個電壓點的監控。因為隔離變送器本身性能特征,可以對系統的干擾(如繼電器、PLC等的高頻干擾信號)進行隔離,保護系統電源監控電路免受外部網絡的影響,從而保證系統工作的穩定。