微控制器控制電流環(huán)路AFE保護

隔離式0–20mA精密電流環(huán)路模擬前端的脆弱分流電阻器可通過快速保險絲或自動限流開關(guān)進行保護。然而，所示電路比保險絲快，無需更換，并且（與開關(guān)不同）提供微處理器控制，并提供記錄故障事件的選項。電路包括一個比較器（MAX9910）、一個帶看門狗定時器的微處理器監(jiān)控器（MAX6706）、一個D型觸發(fā)器、一個NOR柵極、一個OR門和一個固態(tài)繼電器。

0–20mA 電流環(huán)路仍然是工業(yè)應(yīng)用中的可靠通信方式。對于包含高精度模擬前端（AFE）的系統(tǒng)，分流電阻器也必須是穩(wěn)定的高精度器件。然而，精密分流器很脆弱，并且可能會因意外直接連接到電流環(huán)路電源而損壞。然后，您必須更換分流器并重新校準(zhǔn)系統(tǒng)。為了避免這種費用，請考慮圖1所示的微控制器控制保護電路。

圖1.該電路保護電流環(huán)路的隔離模擬前端（AFE）。為簡單起見，我們不顯示IC2、IC4、IC5和IC6的電源和接地連接（+5Viso和GNDiso）。

分流器可以通過快速保險絲或限制電流來保護，即通過自動開關(guān)關(guān)閉環(huán)路，然后在指定時間段后重新打開。與這些方法相比，圖 1 方法具有幾個優(yōu)點。

它比保險絲保護快得多。圖1中最慢的器件（IC1）關(guān)斷時間不到500μs。它提供了比保險絲更高精度的開關(guān)閾值，當(dāng)然也沒有保險絲需要更換。與“關(guān)閉并自動重試”保護不同，它提供保護電路的微控制器控制，以及記錄事件的選項，從而提供調(diào)用保護電路的記錄。

此外，圖1保護對AFE幾乎沒有影響：由于IC2緩沖器，輸入電流小于30pA，IC1的導(dǎo)通電阻小于2Ω。無需額外的隔離數(shù)據(jù)通道或微控制器 I/O 端口。為防止在系統(tǒng)安裝或維修期間損壞，回路在上電后以及未通電時關(guān)閉。 保護算法通過電源故障比較器和看門狗電路實現(xiàn)，IC3 （MAX6706）上可作為獨立輸出，以及D型觸發(fā)器（IC6）。上電時，觸發(fā)器處于RESET狀態(tài)，電流環(huán)路開路，這是由于IC3的高電平RESET信號驅(qū)動NOR柵極（IC4）。在SCK線路上的第一個低到高轉(zhuǎn)換之后，IC3的WDO輸出的上升沿設(shè)置觸發(fā)器并將電流拉過固態(tài)繼電器（IC1），從而將輸入連接到環(huán)路。

在環(huán)路電流過載（即大于約27mA）的情況下，電源故障比較器（IC3上的PFO）的高電平將觸發(fā)器復(fù)位并關(guān)閉IC1。由于IC5柵極，微控制器在MISO輸出端只能看到“一”，這意味著過流。要再次打開環(huán)路，微控制器必須停止SCK線路至少2.4秒。然后，SCK上的下一個低到高轉(zhuǎn)換重新連接電流環(huán)路。