来源：《电子产品世界》

摘要：以智能电气阀门定位器的控制电路为例，讨论了低功率二线制的一种实现方法。由于是4～20ma二线制供电，所以在设计中采取了一系列措施，实现了系统的低功耗运行，达到了二线制供电的基本指标。 关键词：二线制 低功耗 智能阀门定位器 符合工业标准的4～20ma电流信号用于非智能型设备的控制已有数十年的历史。由于微控制器（mcu）技术的飞速发展，出现了符合4～20ma工业标准、不使用额外电源供电的智能型设备，被称作智能型二级制设备。 所谓二线制，是指整个设备与外界之间只有两根导线相关联，电源和信号线共用这两根导线，设备的供电完全从控制信号中取出。这种智能二线制设备除了布线简单的优点外，更主要的是它易于达到"本质安全"的防火防爆要求，在石油、化工等工控领域有广泛的应用前景。由于此类设备应能在低于4ma的电流下正常可靠地工作，就对系统的低功耗设计提出了严格的要求，给系统设计增加了一定难度。 控制电路的构成 智能二线制电-气阀门定位器有两路输入信号：一路是4～20ma的电流信号，表示阀门的开度（0～100%）；另一路是由旋转电位器给出的阀门实际开度反馈信号。当二者不一致时，经mcu进行误差运算给出两路控制信号，打开或关闭相关的进气或排气控制阀，实现对气动阀门的自动调节功能。 由压电陶瓷片组成的控制阀的驱动需要24v的高压，记录控制参数需要eeprom，要有lcd（液晶显示器）和按键来提供人机接口，信号采集需要两路12位a/d变换，单片机作为系统控制的核心。所有这些器件及其外围电路的总体供电电流应小于4ma。 电-气阀门定位器的输入只是一个4～20ma的电流信号，因此我们首先精心设计了电源变换器部分，把输入的电流变换成3.3v和24v两组电压，供微控制器和其他外围器件使用。这部分电路相当于一个简单的开关电源，其基本思想是先将输入电流转化为一个较低的电压，再通过振荡器产生振荡，最后通过整流、滤波以及线性稳压得到所需的电压值，从而起到一个直流变压（dc/dc变换）的作用。在实现时，需要自己绕制变压器。 低功耗设计 对于二线制系统，尽量低的功耗是系统设计中所追求的目标，也是设计的主要任务之一。系统所允许的最大功耗可以这样估算：若允许输入电流有10%的波动，信号线上的最小电流实际上只有3.6ma。假定在输入端能取出10v电压，则整个系统的功耗不应大于36mw。如此低的功耗，要供给mcu、adc、lcd、eeprom运放等外围器件，以及产生高电压驱动压电陶瓷阀，就要求在器件选择上和系统设计上多下功夫。在系统实现上，采取了多种措施来降低功耗。 ·在电路设计上，尽量减少功率消耗，提高各部分的供电效率。 ·在电路的实现上，选用低功耗或微功耗器件。在电路中使用的12位串行模数转换器ltc1594l、运放lt1178、线性稳压器lt1521、eeprom93lc46a等，均为低功耗或微功耗器件。 ·降低器件的工作电压。mcu及其外围器件的工作电压降低到3.3v。 ·降低mcu的工作频率。微控制器的总线频率降低到1.0mhz。 ·充分利用器件的省电方式或空闲方式。很多器件都具有这样的工作方式，很多器件都具有这样的工作方式，如motorola mc68hc05l16在wait方式下功耗降低60^，ltc1594l在空新生方式下的静态电流可降低为1na。在设计系统软件时进行必要的处理，不用器件时令其进入省电方式或空闲方式，就可以大大降低系统的平均功耗。 下面简单介绍一下电路中使用的低功耗或微功耗器件，它们主要是motorola公司、linear technology公司和microchip公司的产品。 （1）微控制器-mc68hc05l16 motorola公司的mc68hc05l16 8位微控制器，为80引脚qfp封装。它的工作电压可低至2.2v，具有16k字节rom和512字节片上ram、39条并口线、中断输入端、定时器、简单串行外设接口sspi等。并且