隨著微控制器MCU(或單片機)技術的成熟,原來的模擬變送器逐漸被以微控制器為數據處理和控制核心的智能變送器所代替。智能變送器擴展了模擬變送器的功能,不僅提高了測量精度和工作可靠性,還可以很容易地實現線性化處理、溫度補償、自動零點和量程調整及數字通信等功能。在開發低功耗的智能兩線制變送器時,儀器內部的微功率電源設計十分關鍵。首先,具有微處理器的智能變送器要滿足微控制器、A/D、D/A以及通信電路的供電,需要比原來模擬變送器更大的功率,需要內部電源具有更高的供電效率。另外,對于電容傳感器和熱電偶,還要考慮接地或者傳感器可能碰殼(接地)的情況,所設計的變送器電路必須是輸入與輸出相隔離的,這樣才能夠保證后續控制系統的正常工作和抗共模干擾能力。
整體設計
LT1934系列芯片是一種由基準電壓源、振蕩電路和誤差放大器等構成的、PWM控制的CMOS降壓型DC/DC控制器。主要指標:輸入電壓為3.3?34V,輸出電壓為1.5?6.0V,可以0.1V為進階單位來進行設定;低靜態電流12μA最大值,最大輸出電流300mA。圖4為LT1934的基本電路。
在設計電路時,器件選擇和S-8251基本一樣,在PCB版圖設計時要注意電容C2和芯片LT1934距離不能太遠,盡量使用粗線,最好使用地平面,否則會引起自激振蕩。電感L1對DC/DC的轉換效率起決定作用。如果L1偏小,電路的轉換效率將降低,啟動電流增大,甚至無法啟動。如果L1偏大,則會造成輸出能力下降,同時DC/DC電路將可能產生振蕩。
隔離電源繞組
射頻導納物位變送器還需要一組隔離電源給傳感器電路使用。保證變送器的安全工作和高的抗共模干擾能力。我設計的電源電路在降壓變換器的電感上提供了一個隔離的次級繞組,它采用了在DC/DC輸出儲能電感L1A上“竊”電的方法。圖5為帶隔離電源的電路設計。
圖4 LT-1934的基本電路
L1B就是這個隔離電源的供電線圈。由于這組隔離電源是在DC/DC的儲能線圈上加載的副線圈,結構為開環形式,因此它的輸出穩定性相對比較差。原邊負載的變化直接影響副邊的穩定性,因此電路在實際使用時,要求原邊的電路系統在運行時需要盡可能保證功耗的穩定性。
圖5 帶隔離電源的電路設計
結論
兩線制變送器隔離式電源具有使用溫度范圍寬、輸入電壓范圍寬、輸出效率高、集成度高、隔離性能好、體積小、成本低等特點,是一種穩定可靠的兩線制變送器電源,能夠滿足各種具有復雜要求的兩線制變送器的使用。考慮到尺寸大小和安裝等因素,我們在射頻導納物位變送器上采用第二種方案。目前該電源已經在射頻導納物位變送器上獲得應用,經過長時間的現場應用考驗,性能優良,完全達到了隔離型兩線制變送器的使用要求。
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