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內(nèi)容描述：	兩線制智能儀表以其應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉的特點(diǎn)大量地應(yīng)用于壓力、溫度等過程參數(shù)檢測(cè)的一次儀表中。然而兩線制回路需要同時(shí)傳輸能量和高精度信號(hào)，這就使得信號(hào)的隔離變得非常困難。本文介紹了兩線制回路的基本工作方式。并以此為基礎(chǔ)分析了現(xiàn)有無源電流信號(hào)隔離器在兩線制信號(hào)隔離電路中的不足，進(jìn)而介紹了傳輸精度更高的基于TS107L-F-2兩線制隔離轉(zhuǎn)換器的信號(hào)隔離方案及其配電擴(kuò)展方案。
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* 所屬類別： (不超過20項(xiàng))	電源產(chǎn)品分類： UPS電源穩(wěn)壓電源 EPS電源變頻電源凈化電源特種電源發(fā)電機(jī)組開關(guān)電源(AC/DC) 逆變電源(DC/AC) 模塊電源(DC/DC) 電源應(yīng)用分類：通信電源電力電源車載電源軍工電源航空航天電源工控電源 PC電源 LED電源電鍍電源焊接電源加熱電源醫(yī)療電源家電電源便攜式電源充電機(jī)(器) 勵(lì)磁電源電源配套分類：功率器件防雷浪涌測(cè)試儀器電磁兼容電源IC 電池/蓄電池電池檢測(cè) 變壓器傳感器軸流風(fēng)機(jī) 電子元件連接器及端子散熱器電解電容 PCB/輔助材料新能源分類：太陽(yáng)能(光伏發(fā)電) 風(fēng)能發(fā)電潮汐發(fā)電水利發(fā)電燃料電池其他類：其他
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* 內(nèi) 容：	<P>    <STRONG>摘要：</STRONG>兩線制智能儀表以其應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉的特點(diǎn)大量地應(yīng)用于壓力、溫度等過程參數(shù)檢測(cè)的一次儀表中。然而兩線制回路需要同時(shí)傳輸能量和高精度信號(hào)，這就使得信號(hào)的隔離變得非常困難。本文介紹了兩線制回路的基本工作方式。并以此為基礎(chǔ)分析了現(xiàn)有無源電流信號(hào)隔離器在兩線制信號(hào)隔離電路中的不足，進(jìn)而介紹了傳輸精度更高的基于TS107L-F-2兩線制隔離轉(zhuǎn)換器的信號(hào)隔離方案及其配電擴(kuò)展方案。最后針對(duì)智能儀表的通信要求介紹了TS107HL-F-2在兩線制回路中的Hart信號(hào)隔離傳輸方案。 </P> <P>    <STRONG>1、兩線制信號(hào)傳輸?shù)幕痉绞?</STRONG></P> <P align=center><IMG border=0 alt=兩線制典型應(yīng)用框圖 src="/uploadfile/newspic/20140819100901350.jpg"></P> <P align=center>圖1 兩線制典型應(yīng)用框圖 </P> <P>    兩線制信號(hào)傳輸方式的典型電路如圖1所示。在信號(hào)檢測(cè)端主要包括傳感器和二線制轉(zhuǎn)換器兩部分組成。在信號(hào)接收端包括兩線制回路供電電源VL和電流檢測(cè)電路組成。一般電流檢測(cè)電路由精密電阻RL將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)再通過AD轉(zhuǎn)換傳送到控制系統(tǒng)中。 </P> <P>    兩線制轉(zhuǎn)換器的功能是將兩線制回路的電壓Vin轉(zhuǎn)換成傳感器的供電電壓Vcc，同時(shí)根據(jù)傳感器的輸入信號(hào)Sin控制兩線制回路Vin的負(fù)載電流Is。這里Is就是兩線制電路傳輸?shù)?~20mA電流信號(hào)。 </P> <P>    在兩線制回路中，只有唯一的電壓源VL，負(fù)載分別為Vin和VRL。由于電流檢測(cè)電阻流過電流信號(hào)Is，因此在電阻不變的情況下電壓VRL由Is決定。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，兩線制接口的電壓Vin應(yīng)當(dāng)是隨著VRL的變化而變化的，并且滿足以下等式（1）： </P> <P align=center>Vin=VL-VRL（不考慮線路阻抗的壓降）（1） </P> <P>    由于Is由電路信號(hào)決定，因此Vin決定了二線制轉(zhuǎn)換器的輸入能量，進(jìn)而也決定了二線制轉(zhuǎn)換器Vcc的最大輸出能量。 </P> <P>    <STRONG>2、兩線制應(yīng)用的常規(guī)隔離方案</STRONG> </P> <P>    在一次儀表現(xiàn)場(chǎng)過程信號(hào)檢測(cè)的應(yīng)用中，信號(hào)檢測(cè)端和信號(hào)收集端需要通過較長(zhǎng)的信號(hào)傳輸線傳輸信號(hào)。由于一次儀表多為金屬外殼，使用時(shí)需要接地處理，因此信號(hào)傳輸線也會(huì)通過兩線制接口和大地相連。這時(shí)的信號(hào)傳輸線就像是一根接地天線，可以有效地接收各種電磁波信號(hào)。同時(shí)各種累積到傳輸線的電荷均會(huì)通過兩線制接口導(dǎo)入大地，這會(huì)對(duì)兩線制電路的信號(hào)傳輸帶來極大的干擾。 </P> <P>    為了抑制信號(hào)傳輸線接地對(duì)信號(hào)的干擾，實(shí)際應(yīng)用中一般需要將信號(hào)傳輸線連入傳感器之前先進(jìn)行隔離處理。常規(guī)的解決方案如圖2所示，在兩線制回路和二線制轉(zhuǎn)換器中間加一個(gè)無源的電流信號(hào)隔離器即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸。圖中使用的無源電流信號(hào)隔離器是金升陽(yáng)的T1100L-F。 </P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 446px; HEIGHT: 125px" border=0 alt=現(xiàn)有兩線制回路隔離方案 src="/uploadfile/newspic/20140819100940760.jpg" width=603 height=147></P> <P align=center>圖2 現(xiàn)有兩線制回路隔離方案 </P> <P>    T1100L-F可以在不需要外界供電的情況下將4~20mA的電流信號(hào)等比隔離傳輸。能量的輸入端電壓最高達(dá)到30V時(shí)，輸出端可以實(shí)現(xiàn)最高25V電壓以及信號(hào)電流的輸出，有效的實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和能量的隔離傳輸。該方案使用簡(jiǎn)單，適用于各種需要4~20mA電流信號(hào)隔離的場(chǎng)合，但是依然存在不足，主要包括以下兩點(diǎn)： </P> <P>    <STRONG>1）信號(hào)傳輸精度低 </STRONG></P> <P>    由于同時(shí)隔離傳輸電流和能量，無源信號(hào)隔離器的信號(hào)傳輸精度一般在0.3%以下。 </P> <P>    <STRONG>2）存在回路壓降 </STRONG></P> <P>    無源電流信號(hào)隔離器的電流等比傳輸，自身電路工作的能量來自于電流信號(hào)的輸入輸出電壓差，即兩線制回路壓降。T1100L-F的電壓差最大為5V，這時(shí)上述等式（1）就增加了一個(gè)隔離器的電壓降，如下述等式（2）： </P> <P align=center>Vin=VL-VRL-5V（不考慮線路阻抗的壓降）（2） </P> <P>    由于Vin決定了二線制轉(zhuǎn)換器的輸出能量，因此Vin的降低意味著二線制轉(zhuǎn)換器的配電功率降低。一般集成了兩線制轉(zhuǎn)換器的兩線制傳感器會(huì)有最小輸入電壓要求，Vin的降低也容易導(dǎo)致兩線制傳感器供電電壓不足。 </P> <P>    <STRONG>3、基于TS107L-F-2的兩線制信號(hào)隔離方案 </STRONG></P> <P align=center><IMG border=0 alt=TS107L-F-2兩線制信號(hào)隔離方案 src="/uploadfile/newspic/20140819101050762.jpg"></P> <P align=center>圖3 TS107L-F-2兩線制信號(hào)隔離方案 </P> <P>    為了進(jìn)一步提高兩線制信號(hào)隔離傳輸電路的信號(hào)傳輸精度，同時(shí)簡(jiǎn)化兩線制接口電路，可以采用集成二線制轉(zhuǎn)換器和信號(hào)隔離電路的TS107L-F-2。TS107L-F-2是金升陽(yáng)專為兩線制信號(hào)傳輸電路設(shè)計(jì)的兩線制隔離轉(zhuǎn)換器，主要的性能參數(shù)如下表： </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20140819101109283.jpg"></P> <P>    和采用無源電流信號(hào)隔離器的兩線制隔離方案相比，TS107L-F-2的信號(hào)傳輸精度高，回路壓降低，同時(shí)269.512.5mm的小體積為兩線制傳感器的設(shè)計(jì)留出了更加廣闊的空間。 {$page$}</P> <P>    由于兩線制回路供電的能量有限，在傳感器檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量選擇功耗低的元器件。如果采用低功耗的元器件時(shí)TS107L-F-2依然不能滿足供電要求，可以采用增加HK電源模塊的方式提高兩線制回路的供電能力。具體的連接方案入圖4所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 alt="HK電源擴(kuò)展方案 " src="/uploadfile/newspic/20140819101124498.jpg"></P> <P align=center>圖4 HK電源擴(kuò)展方案 </P> <P>    由于TS107L-F-2的最低輸入電壓只有10V，遠(yuǎn)低于一般兩線制回路能夠提供的電壓，因此在兩線制回路中還可以串聯(lián)一個(gè)乃至多個(gè)HK電源。HK5S03B的輸入電壓為5V，這時(shí)兩個(gè)模塊的回路壓降為15V，電源輸出端則有了兩個(gè)電源端Vcc1和Vcc2。通過用Vcc1和Vcc2給傳感器的不同電路供電，就可以有效的解決兩線制回路配電電源功率不足的問題。根據(jù)配電功率和電壓要求的不同，可以選擇以下不同的HK電源給兩線制傳感器提供額外的電源。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20140819101217771.jpg"></P> <P>    以上輸出電流能力是輸入端電流為4mA時(shí)的值，如果輸入電流減小，輸出電流能力也會(huì)相應(yīng)降低，因此使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意兩線制回路電流小于4mA時(shí)對(duì)配電輸出電流的影響。 </P> <P>    <STRONG>4、兩線制應(yīng)用的Hart通信隔離方案 </STRONG></P> <P align=center><IMG style="WIDTH: 460px; HEIGHT: 170px" border=0 alt="帶Hart通信功能的兩線制應(yīng)用方案 " src="/uploadfile/newspic/20140819101226700.jpg" width=645 height=206></P> <P align=center>圖5 帶Hart通信功能的兩線制應(yīng)用方案 </P> <P>    在智能儀表中，除了要傳輸4~20mA的模擬量信號(hào)，還要求具備Hart通信功能。這時(shí)可以采用TS107L-F-2的Hart版TS107HL-F-2。和TS107L-F-2的主要區(qū)別在于，TS107HL-F-2多了一路Hart信號(hào)隔離傳輸接口，如圖5所示。由于TS107HL-F-2本身具備電壓信號(hào)轉(zhuǎn)4~20mA電流信號(hào)的功能，類似于ADI的AD5421，因此只要采用AD5700在電壓信號(hào)輸入端耦合進(jìn)Hart信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)Hart信號(hào)的發(fā)送。Hart信號(hào)的返回則通過TS107HL-F-2的自帶Hart信號(hào)隔離接口實(shí)現(xiàn)信號(hào)的回傳。 </P> <P>    另外，為了有效的實(shí)現(xiàn)Hart信號(hào)的隔離傳輸，TS107HL-F-2的模擬輸入信號(hào)變成了0.4V~2V。 </P> <P>    <STRONG>5、總結(jié) </STRONG></P> <P>    在一次儀表端的兩線制信號(hào)隔離方案中，采用無源電流信號(hào)隔離器T1100L-F，可以在不改變兩線制轉(zhuǎn)換電路的情況下實(shí)現(xiàn)電氣隔離，適合現(xiàn)有兩線制儀表的升級(jí)。采用集成二線制轉(zhuǎn)換器和信號(hào)隔離電路的TS107L-F-2產(chǎn)品，可以簡(jiǎn)化兩線制接口電路并滿足高精度的兩線制信號(hào)傳輸，配合HK電源還可以提高兩線制儀表的電源功率，滿足不同配電功率的要求。在需要Hart通信功能的智能儀表行業(yè)，可以選用同時(shí)隔離傳輸模擬信號(hào)和Hart信號(hào)的TS107HL-F-2。</P> <P>    原文鏈接：http://www.mornsun.cn/news/NewDetail.aspx?id=232<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>