機場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，保障乘客生命財產安全的重要助航設備。機場助航燈調光器是根據機場天氣情況與起降需要，調節燈的亮度的控制裝置，它一方面在電網和負載阻抗允許范圍內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定時間內調節穩定。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，同時具有開路、過流、短路保護以及開路保護措施。

1 調光器的基本結構

調光器是一個以80196 單片機為核心的典型閉環控制系統，系統采用控制強電回路電流的辦法來實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系統。另外，系統還有電流電壓檢測模塊、可控硅觸發脈沖隔離放大模塊、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

由于助航燈沿跑道分布安裝，變電房到機場盡頭的輸送線達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要求可控硅電路正負觸發脈沖必須嚴格對稱，否則極易造成變壓器正負半周電流不平衡，而有等效直流通過變壓器，導致磁路飽和，勵磁電抗趨于0 而產生強大電流，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電流平衡技術。另外，由于控制現場是在高壓大電流電網附近，存在著強大電磁干擾，同一現場多臺大功率調光器投入運行或停機，各種繼電器、接觸器經常離合開關，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，產生誤動作，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 轉換功能，原有檢測電路的設計思路是將電流信號經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，同時主機也可能直接耦合噪聲，經常由于干擾而"死機".

2. 3 改進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，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，它們之間沒有公共地線，防止數字電路直接與干擾耦合； 光電隔離器輸入輸出非線性關系，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，故能進一步抑制外圍電路干擾。同時我們采用V/F、F/V變換技術。如圖4 所示。AD536 產生的電壓信號經V/F 變換器LM331 轉化為頻率脈沖信號，通過光電隔離器，形成同頻率信號經反向器整形再由F/V 變換電路再轉化為電壓信號，經高頻濾波、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，其優點首先是可經光電隔離器后才輸送給微機系統，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電器啟動、停止時產生的干擾電壓信號雖能通過電源或電源地線耦合進LM331 的輸入端，會使輸出脈沖的波形發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 公司產品，該芯片能在單或雙電源下工作，線性度可達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，動態范圍寬，價格便宜。其內部電路結構如圖5 所示。

能隙基準電路產生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 , 啟動單脈沖定時器并導通頻率輸出晶體管和開關電流源，定時器定時周期t 0= 1. 1RtCt , 在這個周期中電流IR 向CL 充電，使VX 上升，當VX 上升至VX> VIN ,電流IR 關斷，定時器自行復位，同時CL 逐漸放電直到VX< VIN 為止，然后比較器再次啟動定時器，開始下一循環； 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。

實際電路如圖6 所示，其不同點在輸入端加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； 輸出腳3 端接上拉電阻，可適合TTL、CMOS 輸入要求。

圖6 V/F 實用電路

圖7 F/V 轉換電路

如圖7 所示F/V 實用電路，輸出電壓為：

2. 5 改進電路的優點

光隔以前各點可能耦合干擾，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，干擾脈沖尖峰時間短（ 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，持續時間短的干擾脈沖對它無影響。光隔工作由電流驅動，要消耗較大的電能，干擾脈沖也不能形成持續電流，無法影響光隔工作。如果偶爾有一干擾耦合到F/V 變換器前面，只會影響到1 個脈沖形成，誤差為% 1HZ, 而實際工作在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

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

3 結束語

該種調光器的早期產品因沒有采用上述抗干擾措施，穩定性可靠性能較差； 調光器內部一個線圈額定電流為40mA 的直流繼電器通電或斷電，有時會使調光器產生誤動作，與調光器同一電源環境下的其它調光器、閃光燈、40 瓦以上的日光燈啟動或停止工作，都會引起該調光器的錯誤動作或死機或程序？？ 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，同時該改進電路基本將過程通道干擾隔離，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。