悬浮式抗干扰电源电路

    通过电源引入的干扰是造成工业控制系统工作不可靠的主要因素。因此，在工业控制系统中，应采用良好的抗干扰电源供电，以抑制通过电源窜入的各种干扰。

    如图18-4所示为悬浮式抗干扰电源电路的原理框图。它能有效防止由电网窜人的干扰，尤其适用于对抗干扰性要求较高的计算机控制系统。该悬浮电路中设有储能元件，如蓄电池GB和切换开关SA1、SA2。当SA1、SA2分别位于1端时，GB与电网接通，处于充电状态，从电网获取能量，且与负载断开；当SA1、SA2分别位于2端时，GB与负载接通，处于放电状态，向负载提供电能，且与电源断开。悬浮电路周而复始地工作在“充电”与“供电”状态，使包括稳压电路在内的负载系统得到一个与电网完全隔离的“悬浮”直流电源。由此可见，它能够使输出电流与电网完全隔离，从而有效地防止来自电网的各种工业干扰。其中，储能元件也可以是电容或任何形式的可重复充电的蓄电池组，SA1、SA2可以是任何形式的电子开关（如MOSFET、GTO），并在相应切换控制电路的控制下工作。

    图18-4    悬浮式抗干扰电源电路的原理框图

    悬浮式抗干扰电源电路如图18-5所示，其中N1、N2、N3、N4相当于图18-4中的切换开关SA1、SA2。

    图18-5    悬浮式抗干扰电源电路

    当控制电路输出为正半周时，集成电路CD4069UB的⑧脚输出高电平，⑥脚输出低电平，从而使N2、N3导通，N1、N4截止。此时，复充电容C2，通过N3由电网充电且通过N4与负载脱离，复充电容C1通过N2向负载供电且通过N1与电网脱离。当控制电路输出为负半周时，CD4069UB的⑧脚输出低电平，⑥脚输出高电平，从而使N2、N3截止，N1、N4导通。此时，复充电容C1通过N1由电网充电且通过N2与负载脱离，复充电容C2通过N4向负载供电且通过N3与电网脱离。控制电路在下一周期重复上述工作过程。可调稳压电路由LM317及其外围元件组成，能向负载提供3~15V的连续可调并与电网完全隔离的直流稳压电源。

    构成悬浮电路的切换开关N1~N4采用的是高速集成电子开关TWH8778，其控制极（⑤脚）所需的启动电流极微，甚至用线间感应的小信号也足以启动，因此其控制极引线不易过长，而且控制极允许的控制电压最高为6V，而允许的输入电压在28V以下。其电路内部设有过压、过流、过热保护电路。电解电容C1、C2构成悬浮电路的储能元件（也可以用18V可充电的电池组）。CMOS六反相器CD4069UB及R1、C3组成悬浮电路的切换控制电路，产生切换开关所需的驱动信号。该驱动信号的切换频率由R1、C3决定，频率f0=1/（1.4R1C3），其上限应考虑电子开关的速度和整流电路的输出阻抗，当整流电路的输出阻抗较高时，若切换频率过高会导致C1、C2充电不足，使悬浮电路的输出电压不足；其下限受C1、C2的容量限制，当C1、C2容量不够大时，若切换频率过低，C1、C2放电电压将低于预期值，使悬浮电路的输出电压下降。电子开关的切换频率约为1~10kHz。调节R1，即可改变切换频率值。

    悬浮电路的输出功率主要取决于C1、C2的容量和电子开关的功耗，L和C4用于滤除由电子开关切换引起的高次谐波。