亚派科技新视野:IO口驱动电平欠压的简易检测电路

2020-05-22 16:01 来源 : it资讯网

  背景技术

  IO口驱动电路广泛应用于电力电子技术领域中,常用的可以控制指示灯、接触器、复合开关、晶闸管等,而在IO口控制器件的负荷常用于可控整流、投切无功补偿装置中的电容器、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中,是典型的小电流控制大电流的设备。所以在设备启动和运行中确保设备的安全可靠,那么IO口驱动电压电平就要求稳定,不能在控制过程中出现控制信号的抖动或驱动三极管、达林顿管长期、高频开关后出现损伤而使控制高电平出现欠压状态,进而使这些被控控电力器件在被控中出现不稳定的情况,使整个设备出现故障,甚至出现连带事故。所以在设备试运行和定期维护过程中要对这些IO口驱动电平的电压工作状态进行检测,不能出现异常。

  目前大多情况测试IO的状态有两种检测方法,一个是用万用表直接测量输出电压,还有一种是搭接测试板输出串接指示灯,直接目测亮灭。

  该两种检测方案有如下几个缺点:

  1)用万用表测试的显示值是平均有效值,不能够测试瞬时的驱动电平抖动而导致控制电平瞬间欠压;

  2)外接指示灯,只要达到指示灯点亮电平就可以正常点亮,不能够判断驱动电平是否有欠压状态。

  解决的技术问题

  一般来说,常规精确的IO口驱动电平电压测试方法一种用示波器直接检测,但测试过程非常繁琐。需要另外对设备引接线到示波器,示波器携带不便,还要人在操控改变输出状态过程中时刻检测示波器的波形显示,进行人为的判断是否异常。另一种方式通用开发驱动电平采集平台,将驱动控制电平先分压,再经调理电路,将驱动电平的电压型号转换成单片机模拟ADC口可采集的电压范围,单片机通过采样计算判断原驱动电平电压是否正常,还要做相应输出显示。该方法原理设计繁琐、开发时间长、故障维修复杂,所以成本会非常高。

  此技术方案所要解决的问题在于,提供一种便携的、低成本的、简单明了的直接判断IO口驱动电平电压是否正常。

  方案的详细阐述

  IO口驱动电路应用于电力电子技术领域中控制电平通常为0-12VDC和0-24VDC两种电压,此技术方案以12VDC电平做详细阐述。为了解决上述技术问题,采取了以下措施。

  一是驱动电平正常检测电路(图1)

图1 驱动电平正常检测电路

  此方案的判断依据为检测IO口驱动电平为0V和12VDC,低电平0-1VDC、高电平11-12VDC为正常高低电平值。如果输出电路出现1-11VDC的电平时,判断该IO口驱动电平欠压,驱动电路出现可能性的控制干扰或者器件损坏故障,需进行IO口驱动电路故障检修或现场测试直接替换IO口驱动板。

  检测电路中使用到一个双路的比较器LM2903DR2G,将输入检测电压与已设计阈值进行比较,如果输入值高于阈值,那么输出指示灯灭;反之输入值低于阈值,那么输出指示灯亮。这样就可以直接一目了然的判断IO口驱动电平是否正常。

  此电路实际只需要一个单路运放功能就能实现判断IO口驱动电路控制逻辑回路是否正常,但不能判断IO口驱动电平欠压。故需要另一个比较器,将输入检测电压与已设计区域阈值进行比较,得到一个区间输出电压状态值,接入到驱动电平欠压检测电路,进而通过电平欠压检测电路直接判断输入检测电压是否欠压。

  二是驱动电平欠压检测电路(图2)

图2 驱动电平欠压检测电路

  检测电路中使用到一个单路两输入与非门MC74HC1G00DTT1G,将驱动电平正常检测电路输出状态值接入到与非门的输入端,如果电压值在区域阈值以外(电平电压正常)那么输入电平值一高一低,经过与非门后输出高电平,后再连接到控制蜂鸣器电路,蜂鸣器不响;如果电压值在区域阈值以内(电平电压欠压)那么输入同高,经过与非门后输出低电平,后再连接到控制蜂鸣器电路,蜂鸣器响,立即可判断驱动电平电路出现异常。

  如果是24VDC电压的驱动电路,只要确认通过选配分压电阻,选择适合的基准电压作为阈值的判断值,就可以使用。至于其他的电路及芯片电压都兼容于24VDC电压等级,故兼容性也比较广。另外还要注意的一个问题,该电路中输入信号没有做接地处理,处于悬空状态,如果不接入待测试驱动板,上电会出现异常。所以该电路应该和待测试驱动板同电源接入供电做测试。

  技术问题的效果

  理论和实践均证明,采用本方案后,可以解决在设备试运行或定期维护过程中对这些IO口驱动电平的电压状态进行检测,可立即判断某路驱动电平的电压是否欠压故障。当某路在测试中只有指示灯根据控制输出状态的变化而作对应的亮和灭指示状态,说明该路驱动电路及电平电压正常;当某路在测试中指示灯不做亮和灭指示状态或者指示灯做亮和灭指示状态但不管哪种状态蜂鸣器都发出响声时,可立马判断该路驱动电路异常或电平电压出现欠压现象。