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用的方案。

      關鍵字：雙極性信號 隔離 抗干擾 測控系統
     

      一、 引言
      在自動測控系統中，安全、準確、實時一直是用戶所想要達到的最理想的效果。但是在實際的應用中，現場的各種設備往往會產生很多的干擾，給系統帶來許多不穩定的因素，同時被測信號的傳輸也會受到各種干擾而導致信號失真。因此在測控領域中抗干擾一直都是一個重要的環節。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，可以抑制現場干擾并消除接地環路的“地”電勢差,保護系統電路免受外部電路網絡的影響，讓測量結果更加準確、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的模塊。T5533CP模塊采用了金升陽最為核心的磁電隔離技術，實現了電源輸入，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。工業級的設計可以使模塊正常工作在-25℃~71℃環境中，并具有極低的溫漂。模塊可廣泛應用在工業測控系統抗干擾設計以及各種儀器儀表測量電路設計。

      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。其結構框圖如圖一。
      電路上模塊采用了磁電隔離技術，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構使產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體器件調制變換，然后

 
圖一 T5533CP系列模塊結構框圖

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

      四、 T5533CP在電力測控保護產品中的應用
      在電力系統微機測量中，經常會對電網中的電流、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前向通道以及后級控制通道的電路構成影響。干擾使信號失真，或者造成器件損壞，甚至會導致系統無法工作。此外因為環路阻抗的原因或共模干擾的存在，現場設備與檢測儀表之間存在“地”電位差的現象也很普遍，較小的地電位差會造成檢測結果失真，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，應該有保護處理電路。

 
圖二 T5533CP在電力測控中的應用
 

      圖二的應用方案中，直接來自現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理電路。其中TVS管D并聯在信號輸入端，當輸入信號電壓過高時，TVS管會擊穿導通，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勢在于，能實現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模塊的信號傳輸的精度為0.1%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勢。在電路設計上，因為T5533CP模塊體積相對較小，所以我們在電路板設計時可以節省出更多空間，同時模塊還能提供一個24V、25mA的輔助電源，在一些低功耗的應用中可以直接為后面的單片機系統進行供電，從而簡化了控制芯片電源供電部分電路設計。
      電路后端信號采樣處理的控制芯片為MSP430F149，其內置的模數轉換器(ADC)為單極性ADC，輸入范圍為0~2.5V。對于雙極性的輸入信號，必須轉換為單極性輸入信號，即對信號進行直流偏置。實現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構簡單，成本低的優點，且允許幅值較大的雙極性模擬信號在板內傳輸，在外界干擾一定的時候，提高了信噪比。對于F149內部的ADC而言,電阻分壓方式的輸入阻抗較大，為保證片內電容的充電時間,需相應延長采樣的時間，以保證采樣精確度。應用時因為F149 的輸出功率較小，在有較多信號需要驅動時，應考慮在其外圍增加驅動芯片，以減小F149的輸出電流，這對于F149 的穩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”，與芯片內部的“看門狗”一起構成雙“看門狗”結構，提高系統運行的可靠性。

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