智能变送器用电源的研制

随着微控制器MCU(或单片机)技术的成熟，原来的模拟变送器逐渐被以微控制器为数据处理和控制核心的智能变送器所代替。智能变送器扩展了模拟变送器的功能，不仅提高了测量精度和工作可靠性，还可以很容易地实现线性化处理、温度补偿、自动零点和量程调整及数字通信等功能。在开发低功耗的智能两线制变送器时，仪器内部的微功率电源设计十分关键。首先，具有微处理器的智能变送器要满足微控制器、A/D、D/A以及通信电路的供电，需要比原来模拟变送器更大的功率，需要内部电源具有更高的供电效率。另外，对于电容传感器和热电偶，还要考虑接地或者传感器可能碰壳(接地)的情况，所设计的变送器电路必须是输入与输出相隔离的，这样才能够保证后续控制系统的正常工作和抗共模干扰能力。由于外部电路为两线制变送器系统提供的工作电流最大仅为4mA，这些具体要求给系统电源的设计带来了很大的难度和挑战。我所设计的这种微输入功率的隔离式两线制变送器电源是应用在射频导纳物位变送器上的，采用全集成电路设计，具有结构简单、性能稳定、成本低廉的特点。输入电压范围是16～32VDC，采用降压变换器方式，输出两组互相隔离的5V电源。输入电压24VDC，与输入不隔离的一组最大具有10mA负载能力，与输入隔离的一组最大具有4mA负载能力，24VDC总线电流小于3.5mA，效率可以达到85％以上，完全满足输入与输出隔离型的两线制智能变送器对电源的要求。

整体设计
由于智能变送器电源线和信号线复用，射频导纳物位变送器正常工作时，根据物位高低输出4～20mA的电流信号，电路功耗电流不能超过4mA的回路电流，还需要有故障报警功能，总线电流要求为3.6mA，为了生产还需要留出一定的余量，即射频导纳物位变送器本身功耗电流必须小于3.5mA。现在，简单估算一下这种变送器的最大功耗，从控制室出来送往变送器的电压按24V计算，4～20mA DC信号经过变送器后先送到配电器中，经负载电阻(一般为250Ω)转换成1～5V的直流电压信号，再送往控制室。理论上变送器内部可以消耗的最大功率不应超过(24-1)×3.5=80.15mW。这还不包括输入电路部分的电压损耗等。图1为智能变送器组成和对电源要求。

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