微控制器控制电流环路AFE保护

隔离式0–20mA精密电流环路模拟前端的脆弱分流电阻器可通过快速保险丝或自动限流开关进行保护。然而，所示电路比保险丝快，无需更换，并且（与开关不同）提供微处理器控制，并提供记录故障事件的选项。电路包括一个比较器（MAX9910）、一个带看门狗定时器的微处理器监控器（MAX6706）、一个D型触发器、一个NOR栅极、一个OR门和一个固态继电器。

0–20mA 电流环路仍然是工业应用中的可靠通信方式。对于包含高精度模拟前端（AFE）的系统，分流电阻器也必须是稳定的高精度器件。然而，精密分流器很脆弱，并且可能会因意外直接连接到电流环路电源而损坏。然后，您必须更换分流器并重新校准系统。为了避免这种费用，请考虑图1所示的微控制器控制保护电路。

图1.该电路保护电流环路的隔离模拟前端（AFE）。为简单起见，我们不显示IC2、IC4、IC5和IC6的电源和接地连接（+5Viso和GNDiso）。

分流器可以通过快速保险丝或限制电流来保护，即通过自动开关关闭环路，然后在指定时间段后重新打开。与这些方法相比，图 1 方法具有几个优点。

它比保险丝保护快得多。图1中最慢的器件（IC1）关断时间不到500μs。它提供了比保险丝更高精度的开关阈值，当然也没有保险丝需要更换。与“关闭并自动重试”保护不同，它提供保护电路的微控制器控制，以及记录事件的选项，从而提供调用保护电路的记录。

此外，图1保护对AFE几乎没有影响：由于IC2缓冲器，输入电流小于30pA，IC1的导通电阻小于2Ω。无需额外的隔离数据通道或微控制器 I/O 端口。为防止在系统安装或维修期间损坏，回路在上电后以及未通电时关闭。 保护算法通过电源故障比较器和看门狗电路实现，IC3 （MAX6706）上可作为独立输出，以及D型触发器（IC6）。上电时，触发器处于RESET状态，电流环路开路，这是由于IC3的高电平RESET信号驱动NOR栅极（IC4）。在SCK线路上的第一个低到高转换之后，IC3的WDO输出的上升沿设置触发器并将电流拉过固态继电器（IC1），从而将输入连接到环路。

在环路电流过载（即大于约27mA）的情况下，电源故障比较器（IC3上的PFO）的高电平将触发器复位并关闭IC1。由于IC5栅极，微控制器在MISO输出端只能看到“一”，这意味着过流。要再次打开环路，微控制器必须停止SCK线路至少2.4秒。然后，SCK上的下一个低到高转换重新连接电流环路。