CN100495916C - 避开开关功率放大器干扰的a/d采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，属A/D采集系统。它包括由积分电路、比例电路、限幅电路组成的开关功率放大器三角波同步信号发生电路和由上峰检测电路和下峰检测电路组成的三角波同步信号检测电路，通过检测三角波同步信号的上下峰值，作A/D采样系统的时钟信号，A/D转换模块在该时钟上升沿时启动，并使开关功率放大器的功率管的开关在A/D转换期间不动作，从而避开功率管产生的电磁干扰。采用这种干扰避开法，能够很好地解决开关功率放大器对A/D采样系统的干扰问题。同时，在控制系统的软件设计中，采用看门狗技术和软件陷阱技术，防止CPU受到干扰而死机或程序跑飞。这种设计方法有效提高了控制系统的稳定性和可靠性，降低了现场事故发生的风险。
Description
一、技术领域
本发明属于一种能够避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统。
二、背景技术
由于开关功率放大器的功率管在开关过程中会产生电磁辐射和噪声，这不但对外界有很强的干扰，而且会导致数字控制系统的A/D采样出现误差，甚至导致数字控制系统死机。
三、发明内容
本发明的目的是解决开关功率放大器对A/D采样系统的干扰，提供一种解决如何避开干扰的设计方法。
本发明的目的可以通过以下措施来达到：
1、产生开关功率放大器三角波同步信号，得到幅值、频率均可调的三角波同步信号。
2、采用同步信号检测电路，检测出三角波同步信号的上下峰，作为A/D采样系统的外部时钟，在该时钟上升沿时启动A/D转换，并使开关功率放大器的功率管的开关在A/D转换期间不动作。
3、在控制系统的软件设计中，采用看门狗技术和软件陷阱技术，防止CPU受到干扰而死机或程序跑飞。
本发明的技术方案是：包括开关功率放大器三角波同步信号发生电路连于同步信号检测电路两部分，所述开关功率放大器三角波同步信号发生电路由积分电路连于比例电路，比例电路的输出连于限幅电路所组成；所述同步信号检测电路包括分别检测三角波同步信号上、下峰值的上峰检测电路与下峰检测电路；上、下两个峰值检测电路的组成均是，三角波同步信号经比较器后连于反相电路，反相电路的输出连于与非电路。
所述积分电路，包括第3运算放大器，与第3运算放大器负输入端相连的第3电位器，第3运算放大器正输入端通过第6电阻接“地”，第3电容并联在第3运算放大器负输入端与输出端之间。
所述比例电路，包括第4运算放大器及第9、第10两个电阻组成的串联电路并联在第4运算放大器正输入端与输出端之间。
所述限幅电路，包括第2运算放大器，第2运算放大器的负输入端连于用来放大三角波同步信号的放大器的输出端，第2运算放大器的正输入端经第2电阻接“地”，第2运算放大器的输出端经第2电位器连于场效应管的源极，场效应管的栅极经第5二极管和第9电阻连于由四个二极管组成全桥整流电路的正输出端，负输出端接“地”，第6稳压管正向并联在全桥整流电路两输入端。
所述上、下峰检测电路，包括三角波同步信号经电阻分别连于两个电压比较器正、负输入端，两个电压比较器的输出分别连于两个反相器，两个反相器的输出分别连于两个与非门电路。
本发明的积极效果是：
由于采用避开干扰的设计方法，能够很好地解决开关功率放大器对A/D采样系统的干扰问题，有效提高了A/D采样系统的稳定性和可靠性，降低了现场事故发生的风险。该方法设计简单，控制灵活。
四、附图说明
图1为本发明的层次原理电路图。
图2是本发明的开关功率放大器三角波同步发生电路原理图。
图3是本发明的同步信号检测电路原理图。
图4是本发明的同步信号检测电路同步信号时序图。
图5是本发明的模数转换的模拟时序图。
图6是本发明的看门狗技术和软件陷阱技术的程序流程图。
五、具体实施方式
层次原理电路图如图1所示，包括开关功率放大器三角波同步信号发生电路和同步信号检测电路。
开关功率放大器三角波同步信号发生电路原理如图2所示，TRIWAVE为幅值、频率均可调的三角波同步信号，主要包括积分电路、比例电路和限幅电路，积分电路主要由运算放大器U1C(LF347)，电位器W3，电容C3组成；比例电路由运算放大器U1D(LF347)，电阻R9、R10组成；限幅电路由J型场效应管Q1，10V稳压管D6，二极管D1—D4，运算放大器U1B(LF347)组成。调节电位器W1，使得三角波同步信号的幅值在0到13V变化；调节电位器W3，使得三角波同步信号的频率在0到80KHz可调。
同步信号检测电路原理如图3所示，由上峰检测电路和下峰检测电路组成，主要包括比较电路、反相电路和与非电路，电压比较器U32(LM311)、反相器U9E(74HC04)、与非门U33B(SN 7400)构成上峰检测电路，电压比较器U31(LM311)、反相器U9D(74HC04)、与非门U33A(SN 7400)构成下峰检测电路，分别检测三角波同步信号的上下峰值。
在上峰检测电路中，调节电位器W9，使得三角波同步信号大于调定电压的部分对应的输出为0伏，小于调定电压的部分对应的输出为5伏，从而得到方波信号S1。同理，在下峰检测电路中，调节电位器W8，可得方波信号S2。S1、S2分别经过反相电路U9E、U9D和与非电路U33B、U33A及与非电路U33C后得到方波信号S0，时序见图4。将方波信号S0作为给A/D采样系统的外部时钟，A/D采样在S0的上升沿启动，并使得开关功率放大器的功率管的开关在tb时间间隔内一定不动作，A/D采样系统就可以保证避开功率管产生的电磁干扰。图3中的U12和U13跳线器是为了和单峰比较而设置，增加电路的灵活性。
从图5可以看出，要避免功率管产生的电磁干扰，在A/D采样开始到转换结束这一段时间tw+th内，A/D采样的输入信号一定要保持稳定。因此调节电位器W8或W9使得tb必须大于tw+th，采样转换才能成功避开功率管产生的电磁干扰。如果调定的tb过小，就不能保证完全避开干扰，因此tb应留有一定的裕度。
在控制器软件设计中，采用看门狗技术和软件陷阱技术防止CPU受到开关功率放大器干扰而死机或程序跑飞。看门狗技术是在CPU的程序中设置一个定时器，程序正常工作时，在定时时间未到之前就将定时器复位，使其重新开始定时；当程序由于受到干扰而工作不正常时，定时器不能复位，定时时间一到，将使系统程序复位，系统程序重新运行。软件陷阱技术是在程序存储器的空余部分添加程序跳转指令，当CPU程序受到干扰而跳到存储器的空余部分时，就会执行程序跳转指令而回到指定的位置。图6是看门狗技术和软件陷阱技术的程序流程图。
Claims (5)
1、一种避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，其特征在于包括开关功率放大器三角波同步信号发生电路连于同步信号检测电路两部分，所述开关功率放大器三角波同步信号发生电路由积分电路连于比例电路、比例电路的输出连于限幅电路所组成；所述同步信号检测电路包括分别检测三角波同步信号上、下峰值的上峰检测电路与下峰检测电路；所述的上峰检测电路的组成和所述的下峰检测电路的组成，均是三角波同步信号经比较器后连于反相电路，反相电路的输出连于与非电路。
2、根据权利要求1所述的避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，其特征在于，积分电路包括第3运算放大器(U1C)，与第3运算放大器(U1C)负输入端相连的第3电位器(W3)，第3运算放大器(U1C)正输入端通过第6电阻(R6)接“地”，第3电容(C3)并联在第3运算放大器(U1C)的负输入端与输出端之间。
3、根据权利要求1所述的避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，其特征在于，比例电路包括第4运算放大器(U1D)及第9、第10两个电阻(R9、R10)，其中第9、第10两个电阻(R9、R10)组成的串联电路并联在第4运算放大器(U1D)正输入端与输出端之间，第4运算放大器(U1D)负输入端经第8电阻(R8)连于第3运算放大器(U1C)输出端。
4、根据权利要求1所述的避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，其特征在于，限幅电路包括第2运算放大器(U1B)，此第2运算放大器的负输入端经第3电阻(R3)连于用来放大三角波同步信号的放大器(U1A)的输出端，第2运算放大器(U1B)正输入端经第2电阻(R2)接“地”，第2运算放大器(U1B)的输出端经电位器(W2)连于场效应管(Q1)的源极，场效应管(Q1)的栅极经第5二极管(D5)和第9电阻(R9)连于第1、第2、第3和第4的由四个二极管(D1—D4)组成全桥整流电路的正输出端，负输出端接“地”，第6稳压管(D6)正向并联在全桥整流电路两输入端。
5、根据权利要求1所述的避开开关功率放大器干扰的A/D采集系统，其特征在于，下峰检测电路包括三角波同步信号经第28电阻(R28)连于第1电压比较器(U31)的正输入端，第8电位器(W8)经第37电阻(R37)连于第1电压比较器(U31)的负输入端，+15VB直接连于第1电压比较器(U31)正输入端，-15VB连于第8电位器(W8)另一端和第1电压比较器(U31)负输入端，第1电压比较器(U31)的输出连于第1反相器(U9D)，第1反相器(U9D)的输出连于第1与非门(U33A)；上峰检测电路包括三角波同步信号经第29电阻(R29)连于第2电压比较器(U32)的负输入端，第9电位器(W9)经第39电阻(R39)连于第2电压比较器(U32)的正输入端，+15VB连于第9电位器(W9)另一端和第2电压比较器(U32)正输入端，-15VB直接连于第2电压比较器(U32)负输入端，第2电压比较器(U32)的输出连于第2反相器(U9E)，第2反相器(U9E)的输出连于第2与非门(U33B)。
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