第三章CCR

中国民航学院毕业生论文10第三章CCR---92B型调光器电路原理CCR—92型调光系统总体结构仍然按照民航总局要求采取的“两主一备”方式，即两台主机、一台备用调光器。同时又增加了一台主控机。系统组成如图所示：我们将在第三章、第四章分别介绍CCR—92B型调光器和CCR—92M型主控机。第一节CCR---92B型调光器的总体结构图3.1是CCR---92B型调光器的总体结构方框图。从图中可以看到，CCR---92B型调光器主要由以下几个部分组成。a.主回路b.主板(A板)c.触发电路板(B板)d.一体化电源e.取样变压器主回路的工作原理在第一章中做了介绍。第二章详细分析了可控硅的工作原理及各种性能参数。在本章的以下各节中，我们将分别介绍两块主要电路板的构成、原理及调试方法。电源/负载切换执行装置CCR—92M主控器遥控通讯接口CCR—92B主调光器CCR—92B主调光器CCR—92B备用调光器中国民航学院毕业生论文11图3.1CCR---92B型调光器总体结构方框图取样变压器过流保护可控硅过压保护升压变压器过零点检测光电隔离脉冲隔离达林顿驱动脉冲形成光电隔离微机取样变压器整流与分压增益调整有效值变换滤波与缓冲电流互感器增益调整滤波与缓冲A/D转换EPROMMEEPROM键盘与显示管理电流显示电压显示键盘输入按键显示光电隔离中国民航学院毕业生论文12第二节电路的原理与调试3.2.1A、B板的电路组成由图3.1可见，两块板是由以下几个部分组成的。a.电流取样调整电路b.电压取样调整电路(A、B板各一部分)c.过零点取样调整电路d.脉冲形成电路(A、B板各一部分)e.A/D转换电路f.单片机系统g.键盘管理与显示电路A板的A/D转换、过零点检测和B板是将微机系统与强电回路联系起来的中间环节，其作用是根据微机系统发出的控制信号执行对可控硅的控制操作，同时将主回路的状态信息进行处理，输送给微机。3.2.2A、B板的原理3.2.2.1电流取样调整电路电流取样信号通过电流互感器取自升压变压器次级,反映了灯光回路电流的变化，是进行恒流控制的主要参数。在主板上，电流取样调整电路的作用是将取得的电流反馈信号变换成计算机宜于处理的直流信号，同时设置了增益调整电路，用于数字电流表的校正。电流取样调整电路的方框图请参见图3.1。a．有效值转换电路有效值转换电路是将输入的电流取样信号的交流波形转换成其有效值直流电平信号。转换后的有效值直流信号与灯光回路中的电流成线性等比关系。完成交流——有效值转换功能的电路由集成电路AD536及其外围电路组成。AD536是一种专用的交流——有效值转换电路。该电路能够精确计算任意波形交流信号的有效值，且有极高的线性度。观察板上AD536的引脚6的输出信号，可以看到电流取样经AD536转换后，得到一种脉动直流信号。下图为AD536及其外围电路示意图。+5V144电流取样1A/D信号图3.2AD536及其外围电路示意图增益调整AD536滤波电路缓冲级中国民航学院毕业生论文13在AD536的4脚和14脚之间加上一个滤波电容(C19)。可以抑制AD536输出的直流信号上叠加的纹波信号。但电容值过大，将影响AD536的转换速度；电容值过小，滤波效果又不明显。因此，滤波电容的选取要适当，CCR---92B选用0.47μF的电容。为了更好的滤除纹波信号，达到微机输入允许的幅度，卡在AD536之后设置一级滤波电路。b.滤波电路及缓冲级图3.3有源滤波器电路原理图滤波电路是采用运算放大器构成的有源滤波器，见图3.3。在运算放大器的输入端，AD536的输出信号分成两路。一路经过运算放大器，另一路经过隔直电容取出脉动直流信号的交流成分。两路信号在运算放大器输出端叠加。适当调整交流部分的幅度，就可以有效地将脉动直流信号中的交流纹波成分抵消掉，使纹波幅度10mV。c.增益调节如上所述，经过交流——有效值转换及滤波后的直流电平信号是与灯光回路中的实际电流成线性等比关系的。但由于前向通道中个元件参数存在离散性，对不同的主板，其比例因子将存在差异。因此通过调节对比例因子进行调整。增益调节电路由运算放大器构成，见图3.4。调整电位器就可以改变放大器的增益。4.7uF5.1K5K10k10K5.1K10K5.1K10KI—A/DAD536输出中国民航学院毕业生论文14图3.4增益调节电路原理图以上电路中涉及的运算放大器均为四集成运算放大器集成电路LF347(主板上元件NJ1)的一部分。3.2.2.2电压取样调整电路电压取样调整电路在A、B板各有一部分。电压取样信号通过并联在低压回路中的隔离变压器取出，反映了经调光器闭环调压输出的电压的大小。在触发板（B板）上，是电压取样调整电路的整流及分压电路部分，用于将从隔离变压器取出的电流信号转换成直流信号并分压输入到主板（A板），然后再在主板上经过电压取样调整电路的增益调节及滤波电路部分送A/D转换变成计算机宜于处理的数字信号。a.整流电路其功能主要是将采集的交流电压变成直流。这一部分功能通过一个整流桥集成电路2W04实现，其内部电路如下图所示。图3.5整流及分压电路图b.分压电路其功能主要是调整输入到下一部分信号的值及用一个100μF的电容稳定采集的电压值。这一部分电路如图3.5所示。c.滤波及增益调节电路10K10K100K2K50K输出到AD5361欧姆12342W04取样变压器输入1.5K1k电压取样输入中国民航学院毕业生论文15这两部分的功能与电流调整电路中对应电路相同，只是在参数选择上有区别，如图3.6所示。图3.6电压取样滤波及增益调节电路以上电路中涉及的运算放大器均为四集成运算放大器集成电路LF347(主板上元件NJ2)的一部分。3.2.2.3电流、电压取样电路滤波器调试用示波器观察测试点I—A/D处电流A/D信号。调整电位器RD2，使得A/D信号纹波最小。观察测试点U—A/D处A/D信号。调整电位器RD4，使得A/D信号纹波最小。3.2.2.4数字电流、电压显示校准调整电位器RD1，使得电流显示与串联在灯光回路（升压变压器高压侧）中的基准电流表一致。调整电位器RD3，使得电压显示与并联在调光器输出端子上的基准电压表一致。3.2.2.5过零点检测电路过零点检测信号是通过并联在380V电源输入端的隔离变压器取出的，反映的是电网电压正弦波过零点的时刻。a.过零点检测电路电路如图3.7所示:10K20K10K10K电压取样输入5.1K10K22K10K4.7uF5.1K5.1K10K5.1K10K5.1K5.1KU—A/D中国民航学院毕业生论文16图3.7过零点检测电路以上电路中涉及的运算放大器为四集成运算放大器集成电路LF347(主板上元件NJ4)的一部分。根据上图所标数据我们可以看出运算放大器1的非倒相输入端的电势被钳定在1.57V。当倒相输入端的电势小于1.57V（对应电网零点）的时候，运算放大器的输入端电势大于0。使得运算放大器2的倒相输入端电势大于0。使其输出端电势小于0，使得稳压二极管V3导通，光电耦合器件输入导通(如附图2)，输出也导通，输出端电势被拉低到零电位，而输出端接计算机外部中断1，引起计算机中断，这个时刻就作为脉冲移相控制的计时起点。下面介绍一下光电耦合电路：将发光二极管与光敏三极管封装在一起构成光电耦合器，其输入与输出之间仅用光隔离，其输入与输出之间在电性能上完全隔离，因而具有抗干扰性高的特点。光电耦合器也叫光电隔离器。CCR—92型调光系统采用了全面的通道隔离技术，保证外界与内部、计算机板与功率板、数字与模拟之间严格隔离，并通过独立地线，实现三部分悬空状态，互不干扰。CCR—92型调光系统使用的光电耦合器电路原理如下：图3.8光电隔离电路在电路设计上，CCR—92型调光系统对光电耦合器主要使用了以下两种外接方法：过零点检测输入5.1K5.1K1.5K10K12V100K10.5V过零脉冲输入端输出端中国民航学院毕业生论文171.输出电压信号接法：图3.9光电耦合器接法12.输出电流信号接法图3.10光电耦合器接法23.2.2.6脉冲形成电路CCR---92B的脉冲触发电路采用全数字化设计，通过电网零点锁定电路，由单片机的P1.0口直接同步输出触发脉冲方波，经光电隔离后送可控硅触发电路处理。可控硅触发电路的方框图在第一章已经介绍过了，下面我们就按照方框图的顺序介绍这部分电路。a.脉冲形成电路其电路如图3.9所示:来自TTL电路输出来自TTL电路输出中国民航学院毕业生论文18图3.9脉冲形成电路b.达林顿驱动由微机发出的经过电网同步的触发脉冲方波分成两路后由达林顿驱动芯片进行功率放大后送脉冲隔离变压器。c.脉冲隔离电路这部分电路是由两个脉冲变压器将集成电路75461送来的两路触发脉冲电压升压。二极管的作用是保护脉冲变压器，以免其承受过高的反向电流。d.保护电路在图3.9中我们看到有一个由两个2200μF的大电容、一个二极管和一个继电器组成的保护电路，继电器的两个常闭节点分别接到反并联的两个可控硅触发极上。其作用是在调光器开关机时，延时接通或断开可控硅的触发极。3.2.2.7计算机原理与系统构成a.单片机技术简介单片机英文叫Single—chipMicrocomputer。众所周知，微机的组成经电网同步的触发脉冲方波1234568775461VCC+5VD?DIODE1234J1J2J中国民航学院毕业生论文19离不开三个要素：CPU中央处理单元M内存储器I/O口输入/输出接口这三者之间由三条总线，即地址总线（A.B）,数据总线(D.B)和控制总线联系起来，而这三者本身都是相互独立的。单片机就是把这三者集中在一块芯片上。可见，一片单片机的功能就相当于一台微型计算机的功能。图3.11单片机内部结构框图MCS—51系列八位机有8031、8051和8751三种不同版本，除ROM形式不同，其它硬件结构一样，为40管脚芯片。它的集成度很高，在一块芯片上除了有一个功能极强的中央处理器外，还有128个字节RAM，四个8位并行口，一个全双工串行口，两个16位定时计数器，它的处理功能强，速度快，尤其是位操作能力大大加强，获得了“控制领域最佳八位微机”称号。从图3.14中可以看到，8031基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，微处理器控制部件BRAMMP0口P2口ROMP1口串口CTCP3口中断系统特殊功能寄存器VccVVssXTAL1XTAL2中国民航学院毕业生论文20它们都是通过内部单一总线连接而成，在功能单元的控制上，采用了特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方法。虽然8031功能强大，但靠它本身还完不成控制任务。比如它没有程序存储器，RAM的容量对于某些较大的应用系统就不够用了，这就需要对它进行片外扩展，使用片外的程序存储器忽然数据存储器。同时还要按系统的功能配置一些外围设备，如按键、显示、A/D、D/A转换器等，这样就构成了一个完整的单片机应用系统，从界面来看，一个这样的系统通常由以下几个部分组成。计算机系统前向通道后向通道人机对话通道计算机相互通道计算机系统：单片8031配以必要的外部器件就能构成单片机最小系统。一般系统扩展包括扩展外部程序存储器和外部数据寄存器。前向通道：是单片机应用系统与采集对象相连接的部分。是应用系统的输入通道。后向通道：是应用系统的输出通道。人机对话通道：是用户为了对应用系统进行干预以及了解应用系统运行状态所设置的通道。计算机相互通道：在多计算机构成的网络系统中，计算机之间相互通信的通道。图3.12为MCS—51系列单片机引脚图。引脚功能介绍：Vcc和Vss：分别为+5V供电电源的正极和地引脚。P0口（P0.0—P0.7）、P1口（P1.0—P1.7）和P2口（P2.0—P2.7）：八位双向I/O口。P3口（P3.0—P3.1）：这也是一个八位I/O口，但是它的各个引脚均有复用功能。RXD、TXD：两个全双工串行口，可同时发送和接收数据，用于多机通讯。INT0、INT1：外部中断输入线（低电平有效）。T0、T1：定时、计数器选择（电位为高时选中计