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电网的性能不确定,有时是容性负载,有时是感性负载。这样就给末级电路采用反馈带来很大困难。因为当负载的阻抗特性变化时,输出的信号相位会发生变化,最终有可能是负反馈变成了正反馈,从而引起振荡。
设计的电力载波放大电路如图6所示,虚线的左边是原理图,右边是实现电路图。可以看出,这个电路有两个输入,一个输出。输入信号来自P300的电力载波,输出使能控制放大器运行。图6的左半部分,T1和T2接成互补式OTL输出,它们的偏置电压来自电阻R1、R2的分压。来自P300的信号经过运放U1放大达到期望的幅度,然后通过电容耦合到T1和T2的基极。如果开关S1和S2合上,则T1和T2正常输出信号,P300可以发送数据;如果S1和S2都断开,那么T1和T2的基极都处于悬空状态,输出端也成为悬浮状态,从而不会吸收由电力线传来的信号,P300可以接收信号。
在图6的右边,开关S1和S2也被T7和T8取代,T1和T2被复合管取代,其中的电阻R11用来消除三极管漏电电流的影响。采用复合管是为提高放大倍数,这样可以尽量减小级间耦合,即使输出信号发生了畸变,也不会影响到前级而发生振荡。实践证明这种做法是很可行的。其对容性负载、感性负载以及纯电阻的负载都有较稳定的输出,输出阻抗小于2Ω。
3.3 耦合电路及其保护措施
图7中J1接到电力线,R1是压敏电阻,它可以使尖峰脉冲短路,变压器T1实现了高压与低压的隔离。因为载波的频率比较高(100kHz～400kHz),远远大于电网的频率,这样就使载波信号畅通无阻,而能够隔断高压。电容C1阻断低频高压,防止变压器饱和;电阻R2取值比较大,作用是在离线时使电容放电,防止在设备插头的两端出现高压。Z1是瞬变抑制二极管(Transient Voltage Suppressor,或称TVS),它可以有效地避免后面电路被高压击穿。L1、D1、D2也是为防止高压击穿放大电路而设计的。电力线上的设备接入或者是断开,都有可能引起尖峰脉冲,并导致收发电路的永久损坏。所以高压保护措施是至关重要的。
除了电力线上会产生高压脉冲破坏器件以外,当设备刚刚接上电源时(参看图7),如果电力线刚好处于电压的最大值,而此时电容上的电压为0,会有300V(220V有效值,最大值311V)的高压直接加在变压器两端,引起很大的电流,从而在次级产生尖峰脉冲。这个脉冲的电流相当大,可达几十安培到上百安培,采用一般的稳压管根本没有办法消除这个脉冲。笔者曾经尝试过采用压敏电阻吸收这个脉冲,但压敏电阻的响应比较缓慢,在出现脉冲的一微秒之内仍然有几十伏的电源,足以烧坏放大电路。实践表明,这种刚刚接入电路时的瞬态脉冲所产生的破坏力相当大。幸运的是,它的电流虽然很大,但是能量却不是那么大。笔者采用的瞬变抑制二极管1.5KE6.8CA响应时间是5ns,能够吸收200A电流,瞬态功率可达1500W。可以简单地把它看作是一个具有强大吸收电流能力的稳压二极管,但它的动态电阻比较大,所以还需要D1和D2这两个肖特基二极管进一步把电压钳位在电源电压左右,电感L1的作用是阻断特别窄的高压脉冲。经过这些保护措施,后面电路没有出现过任何故障。
在设计电路板时,应该充分考虑到电路板敷铜皮的阻抗影响,例如在图8的电路板布局中,Z1是瞬变抑制器件,元件的引线和铜皮都会引入电感,从而削弱吸收效果。
STM32/STM8
意法半导体/ST/STM
工商网监
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