很多傳感應(yīng)用都是圍繞低功耗MCU開發(fā)的，并不需要隔離式電源設(shè)計(jì)。為了節(jié)約成本，很多應(yīng)用采用電容式降壓電源來取代基于變壓器的設(shè)計(jì)方案。這需要一個(gè)保持電壓非常高的感應(yīng)方案來連接主機(jī)，這個(gè)高壓就需要一個(gè)隔離邊界。

方案特點(diǎn)

本方案可實(shí)現(xiàn)利用接口到電源本身的殘余電力的隔離式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。這樣就不再需要進(jìn)行跨隔離邊界的成本昂貴的電力傳輸。通過在電表上輕松啟用無處不在的 RS-232 連接，可以用各種各樣的測試站硬件執(zhí)行工廠配置和校準(zhǔn)等功能。

方案實(shí)物

2.5kVRMS隔離邊界可確?，F(xiàn)場技術(shù)人員安全地連接電表，甚至在安裝后執(zhí)行診斷、數(shù)據(jù)檢索和現(xiàn)場固件更新。安裝的可靠接口以執(zhí)行診斷、數(shù)據(jù)檢索和現(xiàn)場固件更新，適用于遠(yuǎn)高于RS-232標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)率，從而確保在任何情況下，隔離都不是設(shè)計(jì)中的限制因素。主要特性如下：

- 高電壓RS-232隔離

- 位速率最高可達(dá)1Mbps

- 2.5kVRMS 操作隔離邊界(根據(jù)UL)

- 適用于隔離和RS-232收發(fā)器的集成式能量收集

- 使用 5V至12V RS-232驅(qū)動器進(jìn)行操作

工作原理

在工業(yè)領(lǐng)域，采用RS-232接口的主機(jī)非常普遍，將RS-232遷移到嵌入式系統(tǒng)則需要一個(gè)中間級。CMOS TTL電壓一般為3.3-5V范圍，RS-232則在12V附近，如果在RS-232一側(cè)增加隔離電源就會產(chǎn)生額外的成本。如果通過RS-232協(xié)議本身采集能量，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完全隔離、自供電的轉(zhuǎn)換器。

RS-232到UART轉(zhuǎn)換器方案電路圖

為了驅(qū)動隔離邊界側(cè)的數(shù)據(jù)終端和RS-232充電泵，可選擇接口帶隔離電源，或者從RS-232線路采集能源。后一選項(xiàng)的的線路電壓為5-12V，足以滿足本設(shè)計(jì)要求。電壓通過二極管進(jìn)入電容器存儲起來，在超過充電泵門限后釋放，由LDO將其降壓到3.3V。

本方案采用電容耦合隔離，相較光隔離具有壽命優(yōu)勢，可保持15年以上的有效隔離周期。

芯齊齊BOM分析

芯齊齊智能BOM分析工具顯示，本方案BOM元器件數(shù)量23個(gè)，所有電容器和電阻應(yīng)取得安規(guī)認(rèn)證。

RS-232到UART轉(zhuǎn)換器方案BOM表

ISO7421是雙通道、1/1、1Mbps數(shù)字隔離器，工作電壓3.3V或5V，可簡單插入YART信號鏈路，實(shí)現(xiàn)2.5kV隔離和4kV峰值隔離。

TPS3232是能夠以充電泵的3.3V VCC電壓驅(qū)動較高電壓信號的RS-232線路驅(qū)動接收器，TPS76333DBVT是150mA LDO線性穩(wěn)壓器。

布線時(shí)要注意，高壓差分信號路徑應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)，所有走線應(yīng)直接焊盤。

審核編輯：湯梓紅