助航燈調(diào)光器的抗干擾實用檢測電路
摘要:敘述了機(jī)場30KVA 恒流調(diào)光器的基本結(jié)構(gòu),介紹了帶變壓器負(fù)載雙向可控制電流F/V, V/F 檢測方法,并針對原有電流平衡檢測電路中存在的缺點進(jìn)行改進(jìn),提出了一種抗干擾實用檢測電路。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/177368.htm機(jī)場助航燈是為飛機(jī)提供跑道方位、爬升、下滑角度等信息,保證飛機(jī)安全起降,保障乘客生命財產(chǎn)安全的重要助航設(shè)備。機(jī)場助航燈調(diào)光器是根據(jù)機(jī)場天氣情況與起降需要,調(diào)節(jié)燈的亮度的控制裝置,它一方面在電網(wǎng)和負(fù)載阻抗允許范圍內(nèi)變化時能維持主電路電流恒定不變,另一方面能夠切換助航燈亮度級別并在規(guī)定時間內(nèi)調(diào)節(jié)穩(wěn)定。航空運輸安全特殊性要求調(diào)光器抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定可靠,同時具有開路、過流、短路保護(hù)以及開路保護(hù)措施。
1 調(diào)光器的基本結(jié)構(gòu)
調(diào)光器是一個以80196 單片機(jī)為核心的典型閉環(huán)控制系統(tǒng),系統(tǒng)采用控制強(qiáng)電回路電流的辦法來實現(xiàn)對燈具亮度的控制。系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu),其中,80196 單片機(jī)為系統(tǒng)的核心模塊,其兼負(fù)數(shù)字調(diào)節(jié)器與系統(tǒng)控制、調(diào)度功能于一身,系統(tǒng)利用80196 單片機(jī)的高速輸入/輸出作為可控硅的相位同步和可控硅的觸發(fā)信號,利用80196 的10 位A/D 轉(zhuǎn)換器作為系統(tǒng)的電流/電壓輸入接口 , 系統(tǒng)設(shè)有數(shù)字電流控制器,并由此構(gòu)成一電流閉環(huán)系統(tǒng)。另外,系統(tǒng)還有電流電壓檢測模塊、可控硅觸發(fā)脈沖隔離放大模塊、相位同步和接觸器控制模塊、顯示及鍵控模塊等,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 調(diào)光器的基本結(jié)構(gòu)
2 電流平衡檢測原理及其電路改進(jìn)
由于助航燈沿跑道分布安裝,變電房到機(jī)場盡頭的輸送線達(dá)2~ 4 公里,必須采用升壓送電和降壓用電的方法。變壓器工作的內(nèi)在特點要求可控硅電路正負(fù)觸發(fā)脈沖必須嚴(yán)格對稱,否則極易造成變壓器正負(fù)半周電流不平衡,而有等效直流通過變壓器,導(dǎo)致磁路飽和,勵磁電抗趨于0 而產(chǎn)生強(qiáng)大電流,等效于電源短路,如不及時檢修,會使熔斷器燒斷,晶閘管、變壓器燒壞,造成大面積長時間停電事故,嚴(yán)重威脅著日益繁忙的飛行運輸安全,因此迫切需要一種在線檢測變壓器正負(fù)電流平衡技術(shù)。另外,由于控制現(xiàn)場是在高壓大電流電網(wǎng)附近,存在著強(qiáng)大電磁干擾,同一現(xiàn)場多臺大功率調(diào)光器投入運行或停機(jī),各種繼電器、接觸器經(jīng)常離合開關(guān),電源中形成沖擊電流,干擾可能從各種途徑竄入控制系統(tǒng),造成檢測信號失真,產(chǎn)生誤動作,程序 跑飛 , 為了確保系統(tǒng)持續(xù)安全運行,在完成一定功能的硬件設(shè)計中必須要考慮抑制各種干擾。
2. 1 噪聲干擾耦合分析
干擾耦合主要有以下幾種方式。
1) 靜電耦合:噪聲經(jīng)雜散電容耦合到電路中,如圖2- a 所示。En 為干擾源,Cm 為寄生電容,Zi 為干擾輸入阻抗。
2) 電磁耦合:干擾經(jīng)互感作用耦合到電路中,如圖2- b 所示。In 為干擾電流,M 為兩電路互感。
3) 共阻抗耦合:干擾電流經(jīng)兩個以上電路之間共有阻抗耦合到電路中,常見公共地線連接如圖2- c所示。
圖2 干擾耦合的幾種方式
4) 漏電流耦合:由于絕緣不良干擾經(jīng)絕緣電流耦合到電路中如圖2- d 所示。
以上四種干擾中,靜電耦合、電磁耦合與干擾噪聲頻率成正比。電網(wǎng)中高頻噪聲含量越高,耦合干擾越大,它們共同特點是共地才能耦合。噪聲、干擾從電源、空間、過程通道竄入,我們面臨最困難的是過程通道干擾問題。
2. 2 原有電流平衡檢測法的電路及其缺點
如圖3 所示,為了充分利用80196 的A/D 轉(zhuǎn)換功能,原有檢測電路的設(shè)計思路是將電流信號經(jīng)變壓器采集成小信號電壓,用二極管截取正( 或反) 半周,放大再經(jīng)有效值轉(zhuǎn)換器AD536 轉(zhuǎn)換后,再放大、調(diào)整輸出電阻,由80196A/D 采集再作正負(fù)周電流比較。
圖3 原有的平衡檢測電路
由于80196 數(shù)字地與一外圍電路模擬地相連,外圍各環(huán)節(jié)都有可能接收干擾,那么噪聲可能沿A/D 電路竄入主機(jī),同時主機(jī)也可能直接耦合噪聲,經(jīng)常由于干擾而死機(jī).
2. 3 改進(jìn)正負(fù)電流檢測法與電路
為了隔離干擾,我們將電流、電壓檢測和I/O 接口電路與主機(jī)用光電隔離器隔開,就是微計算機(jī)由獨立電源供電,而A/D 轉(zhuǎn)換,I/O 接口由另一臺電源供電,它們之間沒有公共地線,防止數(shù)字電路直接與干擾耦合; 光電隔離器輸入輸出非線性關(guān)系,不能正確反映電流電壓信號大小,但它需足夠的電能才能傳送信號,并且只能傳送頻率小于10KHZ 以下的信號,故能進(jìn)一步抑制外圍電路干擾。同時我們采用V/F、F/V變換技術(shù)。如圖4 所示。AD536 產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)V/F 變換器LM331 轉(zhuǎn)化為頻率脈沖信號,通過光電隔離器,形成同頻率信號經(jīng)反向器整形再由F/V 變換電路再轉(zhuǎn)化為電壓信號,經(jīng)高頻濾波、放大送入80196中的A/D 轉(zhuǎn)換電路的輸入端。V/F 變換器LM331 是將輸入直流電壓U1 變換后,輸出頻率脈沖信號( 頻率為fout ) 頻率與電壓成正比。這種變換使直流電壓傳送變成脈沖信號傳送方式,其優(yōu)點首先是可經(jīng)光電隔離器后才輸送給微機(jī)系統(tǒng),可以有效地去掉磁場干擾信號和共模干擾信號; 其次各種大功率電機(jī)電器啟動、停止時產(chǎn)生的干擾電壓信號雖能通過電源或電源地線耦合進(jìn)LM331 的輸入端,會使輸出脈沖的波形發(fā)生畸變或會影響脈沖幅值大小,但對脈沖頻率影響甚微,實際上也去掉來自電源、地線的干擾。
圖4 改進(jìn)后的檢測電路
2. 4 LM331 原理用法簡介
單片式V/F、F/V 變換器LM331 是美國National Semiconductor 公司產(chǎn)品,該芯片能在單或雙電源下工作,線性度可達(dá)0. 01% , 有較高的溫度穩(wěn)定性,脈沖輸出兼容所有邏輯輸出形式電路,功率小,動態(tài)范圍寬,價格便宜。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖5 所示。
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