摘要：本文介紹了雙極性信號隔離變送器模塊T5533CP的基本原理，以及其在電力測控中應(yīng)用的方案。

      關(guān)鍵字：雙極性信號 隔離 抗干擾 測控系統(tǒng)
     

      一、 引言
      在自動測控系統(tǒng)中，安全、準確、實時一直是用戶所想要達到的最理想的效果。但是在實際的應(yīng)用中，現(xiàn)場的各種設(shè)備往往會產(chǎn)生很多的干擾，給系統(tǒng)帶來許多不穩(wěn)定的因素，同時被測信號的傳輸也會受到各種干擾而導(dǎo)致信號失真。因此在測控領(lǐng)域中抗干擾一直都是一個重要的環(huán)節(jié)。而將干擾通道與后端處理單元在電氣上隔離無疑是最有效的抗干擾方法。這種處理方法使得輸入輸出電路在電氣上完全隔離，可以抑制現(xiàn)場干擾并消除接地環(huán)路的“地”電勢差,保護系統(tǒng)電路免受外部電路網(wǎng)絡(luò)的影響，讓測量結(jié)果更加準確、可靠。

      二、 T5533CP介紹
      T5533CP是廣州金升陽科技有限公司專門為雙極性電壓信號隔離變送所開發(fā)的模塊。T5533CP模塊采用了金升陽最為核心的磁電隔離技術(shù)，實現(xiàn)了電源輸入，配電輸出，信號輸入和信號輸出四部分在電氣上相互隔離，隔離電壓為2500VDC，并具有0.1%F.S的信號傳輸精度。工業(yè)級的設(shè)計可以使模塊正常工作在-25℃~71℃環(huán)境中，并具有極低的溫漂。模塊可廣泛應(yīng)用在工業(yè)測控系統(tǒng)抗干擾設(shè)計以及各種儀器儀表測量電路設(shè)計。

      三、 T5533CP工作原理
      T5533CP模塊大致由四部分組成：電源輸入、配電輸出、信號輸入和信號輸出。其結(jié)構(gòu)框圖如圖一。
      電路上模塊采用了磁電隔離技術(shù)，使四個功能部分間相互電氣隔離的同時，在信號傳輸部分還具有高線性度，高精度的特點。其中電源輸入模塊為其余三個部分供電，特殊的信號處理電路結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品具有極高的輸入阻抗（>30MΩ），同時也具有很好的帶負載能力（>2KΩ）。
      T5533CP模塊信號變送的原理為：首先將被測信號通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換，然后

 
圖一 T5533CP系列模塊結(jié)構(gòu)框圖

      通過信號變壓器進行隔離，然后再進行解調(diào)，變換回隔離前的原信號或成比例的其他信號。

      四、 T5533CP在電力測控保護產(chǎn)品中的應(yīng)用
      在電力系統(tǒng)微機測量中，經(jīng)常會對電網(wǎng)中的電流、電壓信號進行采樣，如圖二，如果需要采樣交流電流信號，可以通過電流采樣電阻RS1將電流信號轉(zhuǎn)換成一個電壓信號；如果要采樣交流高電壓信號，可以通過分壓電阻RS2、RS3分壓來得到一個可供采樣的電壓信號。由于電網(wǎng)中存在著許多的干擾信號，例如：脈沖和浪涌，會通過采樣電路對系統(tǒng)前向通道以及后級控制通道的電路構(gòu)成影響。干擾使信號失真，或者造成器件損壞，甚至會導(dǎo)致系統(tǒng)無法工作。此外因為環(huán)路阻抗的原因或共模干擾的存在，現(xiàn)場設(shè)備與檢測儀表之間存在“地”電位差的現(xiàn)象也很普遍，較小的地電位差會造成檢測結(jié)果失真，較大的地電位差則可能造成檢測儀表輸入接口損壞。因此，在測量處理電路前級，應(yīng)該有保護處理電路。

 
圖二 T5533CP在電力測控中的應(yīng)用
 

      圖二的應(yīng)用方案中，直接來自現(xiàn)場的雙極性電壓信號在被單片機采樣之前會先通過了一個信號調(diào)理電路。其中TVS管D并聯(lián)在信號輸入端，當輸入信號電壓過高時，TVS管會擊穿導(dǎo)通，使輸入電壓鉗位，保護后面的電路，達到浪涌保護的目的。電壓信號再經(jīng)過RC濾波，濾除信號中的紋波和噪聲后，會將電壓信號提供給一個隔離變送器模塊的輸入端，在此方案中我們選用了雙極性信號隔離變送器T5533CP，使用此隔離變送器模塊的優(yōu)勢在于，能實現(xiàn)信號輸入通道與后級信號采樣電路的高度電氣隔離，模塊的隔離電壓為2500VDC，因此前端現(xiàn)場的干擾將不會串入后級電路，也不會對后面的信號采集電路構(gòu)成影響。同時也有效阻斷因為“地”電勢差而引入的共模干擾，使整個測量電路的可靠性大大提高。在信號傳輸方面，T5533CP模塊的信號傳輸?shù)木葹?.1%F.S，可以滿足高精度的采樣要求。此外隔離變送器模塊的引入可以大大提高信號的帶負載能力，在對微弱信號進行處理時可以更有優(yōu)勢。在電路設(shè)計上，因為T5533CP模塊體積相對較小，所以我們在電路板設(shè)計時可以節(jié)省出更多空間，同時模塊還能提供一個24V、25mA的輔助電源，在一些低功耗的應(yīng)用中可以直接為后面的單片機系統(tǒng)進行供電，從而簡化了控制芯片電源供電部分電路設(shè)計。
      電路后端信號采樣處理的控制芯片為MSP430F149，其內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)為單極性ADC，輸入范圍為0~2.5V。對于雙極性的輸入信號，必須轉(zhuǎn)換為單極性輸入信號，即對信號進行直流偏置。實現(xiàn)直流偏置可采用電阻分壓的方法。電阻分壓方電路由R1、R2和R3組成，電路采用單電源供電，+2.5V的基準由F149提供。電阻分壓方式具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點，且允許幅值較大的雙極性模擬信號在板內(nèi)傳輸，在外界干擾一定的時候，提高了信噪比。對于F149內(nèi)部的ADC而言,電阻分壓方式的輸入阻抗較大，為保證片內(nèi)電容的充電時間,需相應(yīng)延長采樣的時間，以保證采樣精確度。應(yīng)用時因為F149 的輸出功率較小，在有較多信號需要驅(qū)動時，應(yīng)考慮在其外圍增加驅(qū)動芯片，以減小F149的輸出電流，這對于F149 的穩(wěn)定運行是很有意義的。在成本允許的條件下，可外置一“看門狗”，與芯片內(nèi)部的“看門狗”一起構(gòu)成雙“看門狗”結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

      五、 小結(jié)：
      在本應(yīng)用中，由于在信號輸入通道采用了T5533CP隔離變送器模塊，實現(xiàn)了信號采集通道與控制通道的隔離，有效阻斷了現(xiàn)場干擾對后級電路的影響，使整個測量控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力大大提高，也有效降低了測控系統(tǒng)的隱患。