隔離變送器在電源監測和數據保護中的應用

摘 要：傳統的單片機系統的電源檢測和數據保護功能采用的是光耦隔離，由于光耦隔離只有一個比較電壓，因而電路設計顯得非常復雜。隔離變送器為電源監測和數據保護解決方案提供了新的思路，因為隔離變送器有著多個比較點并可以隨機設置程序，而且不用更改硬件，還可以得到多個電壓點的監控，用于寬電壓輸入的隔離電源系統的電壓監控，可以簡化復雜的硬件電路及處理程序。

關鍵詞：隔離變送器;單片機;電源監測;數據保護

　　在單片機系統的實際應用中，經常會遇到這樣兩種情況：第一種是系統電壓瞬時欠壓導致單片機程序“跑飛”，使系統不能正常工作;第二種是系統意外掉電導致重要數據丟失而不能恢復。為了盡量避免這兩種情況的發生，需要加上電源檢測和保護電路，以提高系統的抗干擾性和安全性。

　　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：

　　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）。

　　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：

　　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：

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。