電網的性能不確定,有時是容性負載,有時是感性負載。這樣就給末級電路采用反饋帶來很大困難。因為當負載的阻抗特性變化時,輸出的信號相位會發生變化,最終有可能是負反饋變成了正反饋,從而引起振蕩。

設計的電力載波放大電路如圖6所示,虛線的左邊是原理圖,右邊是實現電路圖。可以看出,這個電路有兩個輸入,一個輸出。輸入信號來自P300的電力載波,輸出使能控制放大器運行。圖6的左半部分,T1和T2接成互補式OTL輸出,它們的偏置電壓來自電阻R1、R2的分壓。來自P300的信號經過運放U1放大達到期望的幅度,然后通過電容耦合到T1和T2的基極。如果開關S1和S2合上,則T1和T2正常輸出信號,P300可以發送數據;如果S1和S2都斷開,那么T1和T2的基極都處于懸空狀態,輸出端也成為懸浮狀態,從而不會吸收由電力線傳來的信號,P300可以接收信號。

　　在圖6的右邊,開關S1和S2也被T7和T8取代,T1和T2被復合管取代,其中的電阻R11用來消除三極管漏電電流的影響。采用復合管是為提高放大倍數,這樣可以盡量減小級間耦合,即使輸出信號發生了畸變,也不會影響到前級而發生振蕩。實踐證明這種做法是很可行的。其對容性負載、感性負載以及純電阻的負載都有較穩定的輸出,輸出阻抗小于2Ω。

3.3 耦合電路及其保護措施

　　圖7中J1接到電力線,R1是壓敏電阻,它可以使尖峰脈沖短路,變壓器T1實現了高壓與低壓的隔離。因為載波的頻率比較高(100kHz～400kHz),遠遠大于電網的頻率,這樣就使載波信號暢通無阻,而能夠隔斷高壓。電容C1阻斷低頻高壓,防止變壓器飽和;電阻R2取值比較大,作用是在離線時使電容放電,防止在設備插頭的兩端出現高壓。Z1是瞬變抑制二極管(Transient Voltage Suppressor,或稱TVS),它可以有效地避免后面電路被高壓擊穿。L1、D1、D2也是為防止高壓擊穿放大電路而設計的。電力線上的設備接入或者是斷開,都有可能引起尖峰脈沖,并導致收發電路的永久損壞。所以高壓保護措施是至關重要的。

　　除了電力線上會產生高壓脈沖破壞器件以外,當設備剛剛接上電源時(參看圖7),如果電力線剛好處于電壓的最大值,而此時電容上的電壓為0,會有300V(220V有效值,最大值311V)的高壓直接加在變壓器兩端,引起很大的電流,從而在次級產生尖峰脈沖。這個脈沖的電流相當大,可達幾十安培到上百安培,采用一般的穩壓管根本沒有辦法消除這個脈沖。筆者曾經嘗試過采用壓敏電阻吸收這個脈沖,但壓敏電阻的響應比較緩慢,在出現脈沖的一微秒之內仍然有幾十伏的電源,足以燒壞放大電路。實踐表明,這種剛剛接入電路時的瞬態脈沖所產生的破壞力相當大。幸運的是,它的電流雖然很大,但是能量卻不是那么大。筆者采用的瞬變抑制二極管1.5KE6.8CA響應時間是5ns,能夠吸收200A電流,瞬態功率可達1500W。可以簡單地把它看作是一個具有強大吸收電流能力的穩壓二極管,但它的動態電阻比較大,所以還需要D1和D2這兩個肖特基二極管進一步把電壓鉗位在電源電壓左右,電感L1的作用是阻斷特別窄的高壓脈沖。經過這些保護措施,后面電路沒有出現過任何故障。

　　在設計電路板時,應該充分考慮到電路板敷銅皮的阻抗影響,例如在圖8的電路板布局中,Z1是瞬變抑制器件,元件的引線和銅皮都會引入電感,從而削弱吸收效果。

STM32/STM8

意法半導體/ST/STM