摘要：敘述了機場(chǎng)30KVA 恒流調光器的基本結構，介紹了帶變壓器負載雙向可控制電流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(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種抗干擾實(shí)用檢測電路。

　　機場(chǎng)助航燈是為飛機提供跑道方位、爬升、下滑角度等信息，保證飛機安全起降，保障乘客生命財產(chǎn)安全的重要助航設備。機場(chǎng)助航燈調光器是根據機場(chǎng)天氣情況與起降需要，調節燈的亮度的控制裝置，它一方面在電網(wǎng)和負載阻抗允許范圍內變化時(shí)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定時(shí)間內調節穩定。航空運輸安全特殊性要求調光器抗干擾能力強，工作穩定可靠，同時(shí)具有開(kāi)路、過(guò)流、短路保護以及開(kāi)路保護措施。

　　1  調光器的基本結構

　　調光器是一個(gè)以80196 單片機為核心的典型閉環(huán)控制系統，系統采用控制強電回路電流的辦法來(lái)實(shí)現對燈具亮度的控制。系統采用模塊式結構，其中，80196 單片機為系統的核心模塊，其兼負數字調節器與系統控制、調度功能于一身，系統利用80196 單片機的高速輸入/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  轉換器作為系統的電流/電壓輸入接口 , 系統設有數字電流控制器，并由此構成一電流閉環(huán)系統。另外，系統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，基本結構如圖1所示。

圖1 調光器的基本結構

　　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，變電房到機場(chǎng)盡頭的輸送線(xiàn)達2~ 4 公里，必須采用升壓送電和降壓用電的方法。變壓器工作的內在特點(diǎn)要求可控硅電路正負觸發(fā)脈沖必須嚴格對稱(chēng)，否則極易造成變壓器正負半周電流不平衡，而有等效直流通過(guò)變壓器，導致磁路飽和，勵磁電抗趨于0 而產(chǎn)生強大電流，等效于電源短路，如不及時(shí)檢修，會(huì )使熔斷器燒斷，晶閘管、變壓器燒壞，造成大面積長(cháng)時(shí)間停電事故，嚴重威脅著(zhù)日益繁忙的飛行運輸安全，因此迫切需要一種在線(xiàn)檢測變壓器正負電流平衡技術(shù)。另外，由于控制現場(chǎng)是在高壓大電流電網(wǎng)附近，存在著(zhù)強大電磁干擾，同一現場(chǎng)多臺大功率調光器投入運行或停機，各種繼電器、接觸器經(jīng)常離合開(kāi)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，造成檢測信號失真，產(chǎn)生誤動(dòng)作，程序" 跑飛" , 為了確保系統持續安全運行，在完成一定功能的硬件設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(gè)以上電路之間共有阻抗耦合到電路中，常見(jiàn)公共地線(xiàn)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(diǎn)是共地才能耦合。噪聲、干擾從電源、空間、過(guò)程通道竄入，我們面臨最困難的是過(guò)程通道干擾問(wèn)題。

      2. 2  原有電流平衡檢測法的電路及其缺點(diǎn)

　    如圖3 所示，為了充分利用80196 的A/D  轉換功能，原有檢測電路的設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)有效值轉換器AD536 轉換后，再放大、調整輸出電阻，由80196A/D  采集再作正負周電流比較。

圖3 原有的平衡檢測電路

　　由于80196 數字地與一外圍電路模擬地相連，外圍各環(huán)節都有可能接收干擾，那么噪聲可能沿A/D  電路竄入主機，同時(shí)主機也可能直接耦合噪聲，經(jīng)常由于干擾而"死機".

　　2. 3  改進(jìn)正負電流檢測法與電路

　　為了隔離干擾，我們將電流、電壓檢測和I/O 接口電路與主機用光電隔離器隔開(kāi)，就是微計算機由獨立電源供電，而A/D  轉換，I/O 接口由另一臺電源供電，它們之間沒(méi)有公共地線(xiàn)，防止數字電路直接與干擾耦合；光電隔離器輸入輸出非線(xiàn)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(shí)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 轉化為頻率脈沖信號，通過(guò)光電隔離器，形成同頻率信號經(jīng)反向器整形再由F/V 變換電路再轉化為電壓信號，經(jīng)高頻濾波、放大送入80196中的A/D  轉換電路的輸入端。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(diǎn)首先是可經(jīng)光電隔離器后才輸送給微機系統，可以有效地去掉磁場(chǎng)干擾信號和共模干擾信號；其次各種大功率電機電器啟動(dòng)、停止時(shí)產(chǎn)生的干擾電壓信號雖能通過(guò)電源或電源地線(xiàn)耦合進(jìn)LM331 的輸入端，會(huì )使輸出脈沖的波形發(fā)生畸變或會(huì )影響脈沖幅值大小，但對脈沖頻率影響甚微，實(shí)際上也去掉來(lái)自電源、地線(xiàn)的干擾。

圖4 改進(jìn)后的檢測電路

　　2. 4  LM331 原理用法簡(jiǎn)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(xiàn)性度可達0. 01% , 有較高的溫度穩定性，脈沖輸出兼容所有邏輯輸出形式電路，功率小，動(dòng)態(tài)范圍寬，價(jià)格便宜。其內部電路結構如圖5 所示。

　　能隙基準電路產(chǎn)生1. 9V 直流電壓，送到雙腳，雙腳外接Rs 形成基準電流IR = 1.9Rs , 輸入比較器的輸入電壓VIN 與VX 比較，當VIN > VX , 啟動(dòng)單脈沖定時(shí)器并導通頻率輸出晶體管和開(kāi)關(guān)電流源，定時(shí)器定時(shí)周期t 0= 1. 1RtCt , 在這個(gè)周期中電流IR 向CL 充電，使VX 上升，當VX 上升至VX> VIN ,電流IR 關(guān)斷，定時(shí)器自行復位，同時(shí)CL 逐漸放電直到VX< VIN 為止，然后比較器再次啟動(dòng)定時(shí)器，開(kāi)始下一循環(huán)； 流入CL 電流嚴格等于VX/RL≈VIN/RL。

      根據正反充電電荷量相等平衡原理，輸出信號頻率與輸入電壓嚴格成比例。

　　實(shí)際電路如圖6 所示，其不同點(diǎn)在輸入端加R1、C1 高頻濾波電路去前級高頻干擾； CL 、RL 原接地端加上偏移調節電路，確保精確接地； 2、6 腳接可調電阻，以調整輸出頻率到合適點(diǎn)； 輸出腳3 端接上拉電阻，可適合TTL、CMOS 輸入要求。

圖6 V/F 實(shí)用電路

圖7 F/V 轉換電路

　　如圖7 所示F/V 實(shí)用電路，輸出電壓為：

　　2. 5  改進(jìn)電路的優(yōu)點(diǎn)

　　光隔以前各點(diǎn)可能耦合干擾，如果在V/F 電路處輸入干擾信號，由于V/F 變換器的輸入端接有較大的濾波電容，一般脈沖能全部吸收掉，再者LM331 工作在積分狀態(tài)，干擾脈沖尖峰時(shí)間短（ 微秒級） , 其積分值可忽略不計； 再者V/F 變換輸出脈沖頻率與輸入電平平均值成正比，持續時(shí)間短的干擾脈沖對它無(wú)影響。光隔工作由電流驅動(dòng)，要消耗較大的電能，干擾脈沖也不能形成持續電流，無(wú)法影響光隔工作。如果偶爾有一干擾耦合到F/V 變換器前面，只會(huì )影響到1 個(gè)脈沖形成，誤差為% 1HZ, 而實(shí)際工作在V/F、F/V 工作在0~ 5KHZ 之間，輸出值幾乎不受影響。

　　2. 6  同步脈沖電路

　　為了知道采樣時(shí)間，必須交流電過(guò)0 時(shí)80196HSI 得到一觸發(fā)脈沖，電路如圖8 所示，OP-07 為一放大器。

　　3  結束語(yǔ)

　　該種調光器的早期產(chǎn)品因沒(méi)有采用上述抗干擾措施，穩定性可靠性能較差； 調光器內部一個(gè)線(xiàn)圈額定電流為40mA 的直流繼電器通電或斷電，有時(shí)會(huì )使調光器產(chǎn)生誤動(dòng)作，與調光器同一電源環(huán)境下的其它調光器、閃光燈、40 瓦以上的日光燈啟動(dòng)或停止工作，都會(huì )引起該調光器的錯誤動(dòng)作或死機或程序？？ 跑飛等現象。本電路能夠準確地檢測出正負相電流大小，使供電回路安全運行得到了保證，同時(shí)該改進(jìn)電路基本將過(guò)程通道干擾隔離，連同系統已采用的單獨電源供電，屏蔽措施，使得控制系統主機得以連續運行。