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    采用CSM020B和LM324的過流報警裝置設計知識介紹 | 壹芯微

    返回列表來源:壹芯微 發布日期 2022-06-21 瀏覽:-

    采用CSM020B和LM324的過流報警裝置設計知識介紹 | 壹芯微

    為解決生產中過流故障,分析了速調管燈絲供電電路和預熱電流曲線,在確定幾個關鍵參數后,設計制作了聲音報警裝置。該裝置主要由霍爾傳感器CSM020B,LM324和555振蕩器組成,能在電流異常時發出連續或斷續聲警告。該報警裝置裝在測試設備后,使用效果良好,杜絕了電流過大燒毀產品的現象。更換傳感器后可用于其他功能的報警。

    1.多注速調管概述

    多注速調管是某型導彈發射機上重要、昂貴的器件,裝配在發射機上,在常溫下需反復調整燈絲電流,使其達到速調管工作在穩定狀態的最佳值。發射機批生產中是通過改變燈絲電壓(調電阻箱)進而調整燈絲電流的。實際調試中有時會出現因電阻箱的彈簧鉤與產品接線柱接觸不良或速調管本身陰柵極熱短路等原因而導致燈絲電流或27V預熱電流過大的現象,這種情況下未及時斷電就會造成速調管燈絲被燒斷或供電電路板被燒壞。為避免此類故障發生,本設計制做了過流時能聲音報警的電路,在電流突然變大時及時提醒測試人員斷電,保護產品。

    多注速調管

    圖1 多注速調管

    2.速調管燈絲供電電路分析

    速調管燈絲電流調整電路,如圖2所示。

    燈絲電流調整電路

    圖2 燈絲電流調整電路

    CW150是國產的三端可調集成穩壓器,圖1是典型用法,通過改變RX(電阻箱)調整輸出電壓UO,再經開關電源(降壓整流)后供給速調管燈絲。R3為檢測燈絲電流的取樣電阻。開關電源沒有反饋穩壓控制回路,只有通過調整CW150穩壓器的輸出電壓達到調整燈絲電壓的目的。

    輸出電壓UO表達式:

    UO表達式

    式中:基準電壓UREF=1.25V;調整端電流IADJ=50μA,可忽略不計,故公式(1)變為公式(2):

    公式(2)

    對幾批產品使用的RX統計,RX最大為450Ω,最小為200Ω,根據式(2)算出常溫條件下CW150工作時的輸出電壓范圍:14.8~17.4V。在調試時,RX為電阻箱,通過彈簧鉤掛在燈絲電路中的兩接線柱上,如果測試人員漏掛彈簧鉤或接線柱氧化導致彈簧鉤接觸不良,移動產品造成彈簧鉤掉落,均會導致RX增大,UO隨著增大,但UO不會大于UI。假設UO等于UI,此時Rx的值可根據式(2)計算出1.37kΩ??梢钥闯鯴>1.37kΩ,,就會使UO接近UI,因為開關電源沒有反饋穩壓電路,輸入電壓升高,致使開關電源輸出電壓即燈絲電壓過高,造成燈絲電流過大而使燈絲燒斷,昂貴的速調管報廢。即使在燈絲電流正常情況下,有時也會發生速調管熱短路(速調管陰極和柵極間因變熱而接觸短路)的故障,這種情況下不及時斷電會燒毀高壓電源內供電電路上的限流電阻,又因為高壓電源被封閉的一個密閉的殼體內,不會被及時發現,在正常調試的加電時間內足以把裝限流電阻的印制板燒糊,致使整個電路板報廢。

    3.預熱電流曲線

    測試設備沒有27V預熱電流過大時的斷電保護電路,在不改動產品的情況下考慮為設備增加報警電路。發射機正常調試:過程中,先加27V預熱速調管燈絲2min,在這2min內,預熱電流由初始值1.6A緩慢下降到約1.0A(因燈絲電阻隨溫度增高而變大),準備階段預熱電流會再下降一點(0.03A),但在發射階段預熱電流會增大到2.2A。經過理論分析和多次的數據統計,得出速調管預熱階段27V電流曲線,如圖3所示。

    預熱電流曲線

    圖3 預熱電流曲線

    由圖3看出,正常狀態下預熱電流由加電瞬間1.6A緩慢下降,約30s時即到達穩定狀態1.0A,若速調管突然出現熱短路,預熱電流會迅速上升至1.5A。當燈絲電路失控(圖2中Rx大于1.3kΩ時),預熱電流會由加電瞬間1.8A稍下降,大電流十幾秒就會燒斷速調管燈絲,預熱電流下降并穩定在0.5A。根據預熱電流變化情況,報警電路設計時應考慮:預熱電流正常時不報警,在發射階段(預熱電流2.2A)也不應聲音報警。燈絲電路失控導致預熱電流過大時直接發出報警音,提醒測試人員立即關閉預熱開關,停止測試。在預熱過程中由于速調管突然熱短路導致預熱電流變大時也及時報警(聲音與失控時有區別),告知測試人員立即斷電。

    4.電路主要參數設計

    4.1預熱電流采樣

    鑒于27V預熱電流較大,用常規的串入采樣電阻方法,會影響產品供電電壓,電路選用基于霍爾效應的CSM020B電流傳感器。該傳感器采用測量靈敏度高的線繞法(導線纏繞在標準的環形導磁鐵芯,匝數越多磁感應強度越強,輸出的霍爾電壓越大)?;魻栯妱軺H計算公式:

    UH計算公式

    式中:KH為霍爾元件的靈敏度;I為控制電流;B為霍爾元件垂直方向的磁感應強度。27V正極導線繞在電流傳感器上幾圈,當有預熱電流時電流傳感器輸出電流,電流通過采樣電阻R1轉換為電壓,調節傳感器上電位計RPH可以校準電壓和預熱電流數值的一致性,見圖4。調整繞線匝數和電位計RPH使電流比例系數為2‰,例如電阻R1上電壓2V表示預熱電流1A。

    電路圖

    圖4 電路圖

    4.2報警電流閾值和延時時間的確定

    報警部分可通過電壓比較器實現,同相輸入端接輸入電壓信號,反相輸入端接與上限設定值對應的參考電壓,參考電壓可由電位計調節。放大器采用輸入阻抗高、漂移較小、共模抑制比高的LM324。在發射機調試時,27V預熱電流正常值始終大于0.9A,考慮電路干擾影響,電流報警閾值設為0.8A,即調節RP2使U1B比較器的6腳電壓1.6V。由圖3可知,速調管在預熱約10s,電流會下降到1.2A以下,故選擇延時時間為10s。速調管熱短路時預熱電流為1.5A,電流報警閾值設為1.3A,即調節RP1使U1A比較器的2腳電壓2.6V。燈絲電壓失控報警電流閾值設為1.6A,調節RP3使U1C比較器的9腳電壓3.2V。

    延時電路選擇RC串聯充放電電路,這樣不僅電路設計簡單,而且使電路具有在調試完一次產品后,能自動恢復到待命狀態的功能(由于設備斷電后,電路檢測不到電流)。運算放大器U1(LM324)在電源電壓8V下,輸出電壓7.5V,與非門U2選用CMOS電路(輸入阻抗較高,可以避免影響RC充電電路),高電平最小輸入要求為3.5V,根據電容充電時間公式:

    時間公式

    式中:vc(∞)=7.5V;vc(0)=0V;vTH=3.5V,則t=0.629RC。延時時間為10s,充電電容C1選為47μF,可計算出充放電回路的電阻R6為340kΩ。

    4.3聲音參數的確定

    斷續報警信號采用常用的555電路組成的多諧振蕩器。振蕩周期T(單位:s)(報警聲音頻率)和占空比D可根據固有公式計算:

    公式計算

    檢測到的振蕩波形(見圖5)與設計一致。脈沖信號經二極管D2和D4,開通晶體管Q1使蜂鳴器發出聲音。

    555振蕩波形

    圖5 555振蕩波形

    5.電路工作原理

    正常情況下預熱前10s,U1A和U1B比較器輸出正電壓,但電容C1充電電壓達不到高電平3.5V(即U2A的1腳),導致555振蕩器不振蕩,蜂鳴器不發出聲音。等到10s后U2A的1腳保持高電平,U1A比較器輸出變為負電壓,U2A的2腳為低電平,導致555振蕩器仍不振蕩。在預熱和準備階段圖4中Ua為22V,發射階段為64V(或45V),調節RP4使U1的12腳電壓3.0V。在預熱和準備階段U1的13腳電壓2.0V,U1D比較器輸出正電壓使二極管D3截止,蜂鳴器受555振蕩器和比較器U1C控制。在發射階段U1的13腳電壓5.8V(或4.4V),U1D比較器輸出負電壓使二極管D4截止,這樣雖然此時預熱電流2.2A,555振蕩器振蕩和U1C比較器輸出正電壓,但蜂鳴器不發出聲音。當燈絲電路失控時,U1C的10腳電壓約3.6V,U1C比較器輸出正電壓,蜂鳴器發出連續聲。當速調管熱短路時,預熱電流會突然上升至1.5A,U1A比較器輸出正電壓,U2A的2腳為高電平,導致555振蕩器開始振蕩,蜂鳴器發出斷續報警聲。電流報警流程見圖6。

    電流報警流程

    圖6 電流報警流程

    結語

    在發射機常溫調試設備加裝過流報警電路后沒有發生過燒斷速調管燈絲和燒毀電路板的故障。雖然出現過幾次電流過大,但都因及時斷電避免了燒毀產品的現象發生,同時安裝的過流報警器完全獨立于測試系統,對產品調試和測試結果沒有任何影響。對測試設備改造(如增加繼電器)可實現自動斷電功能。更換其他傳感器(如壓力、溫度)該電路可改造成具有其它檢測功能的報警裝置。

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