1 引言
调光器是机场助航灯光系统的核心控制设备。目前,国内外使用的调光器主要采用可控硅斩波技术,这种调光器存在波形畸变大、电网要求高、对电网污染严重、效率低、负载适应能力差等缺点。针对以往系统存在的不足,提出了正弦波调光器,它采用逆变技术,输出标准正弦电压,它的优点是对负载适应能力强、对电网要求低、污染轻、效率高、输出波形好等。正弦波调光器采用逆变技术,输出幅度可调的标准正弦电压,通过控制算法实现对灯光回路的高精度恒流控制。“正弦波调光器”将极大地提高调光器的技术水平,改善调光器的性能,增强市场竞争能力。
2 控制系统硬件设计
2.1 系统总体设计
机场灯光调光器控制系统由电压传感器、电流传感器、人机接口、存储器接口、主回路等部分组成,示意框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图
系统以Intel 16位单片机为控制核心,利用电压、电流传感器采集变压器二次侧电压和回路电流值。由于采集的信号为交流信号不能直接进行数模转换,经有效值转换电路得到它们的有效值直流信号,再经低通滤波、信号放大后送入单片机内部10位A/D转换器进行A/D转换,A/D转换后的值经过软件滤波后,电压值输出显示,电流值与光级设定值一同进入控制算法,算法的输出量参与到PWM信号产生机制中,最终调整输出等效正弦脉宽调制信号(SPWM)。
2.2 硬件详细设计
1、主回路设计。主回路由整流电路、逆变电路、滤波电路等组成,其框图如图2所示。

图2 调光器主回路框图
主回路中三相交流电压经全桥整流、滤波后得到直流电压,将此电压连接到IGBT(IPM)模块两端。单片机输出的等效正弦脉宽调制信号(SPWM)经过驱动电路控制两块IGBT(IPM)对加在其两端的直流电压进行逆变,输出的信号经过LC滤波电路后得到幅值可调的正弦电压。逆变后的电压经过升压变压器直接送入灯泡回路,从而改变回路的电流值,最终达到设定值。通过按键可以任意切换光级,当光级改变时由程序算法控制使电流、电压快速达到稳定值,完成光级的切换。同时,通过控制板上的数码管实时显示出变压器二次侧电压值和回路电流值,使系统的运行状态一目了然。系统工作时,可能由于某些情况产生了过压、过流等情况,导致IPM产生报警信号,单片机采用中断方式采集报警信号。
2、控制回路设计。核心控制模块是整个控制系统中最重要的一部分,它完成控制的全过程。核心控制器选用的是Intel 16位单片机80C196MC,  80C196MC由一个C196核心,一个三相波形发生器WFG和若干个其它片内外设构成,其它外设装置包括一个A/D转换器、一个事件处理阵列(EPA)、两个定时器和一个脉宽调制单元PWM。由于80C196MC内部的资源有限,需外扩EPROM、RAM,对于16位机实现外扩EPROM、RAM硬件连接起来比较麻烦,所以硬件设计时采用了可编程外围芯片PSD。通过编程决定它内部RAM、EPROM的大小。可编程外围芯片的运用简化了电路的设计。系统设计采用的是PSD302/301。

图3 二阶低通滤波器                       图4 同相放大器
3、数据采集模块。该模块主要的功能是采集二次侧电压和回路电流,利用电流、电压互感器采集信号进入数据采集模块中。由于采集的信号为交流信号不能直接进行数模转换,必须经过有效值转换电路得到它们的有效值直流信号,系统设计时采用了AD536芯片完成这一功能。此外,信号中必然含有许多干扰信号,它们将直接影响测量精度,所以电路设计中加入了滤波电路,消除干扰信号。转换、滤波后的信号电压值偏小,不利于数模转换,所以电路中又加入了模拟信号的放大部分。
滤波部分采用的是有源滤波器中的无限增益多环反馈型滤波器即二阶低通滤波器。有源滤波器由电阻、电容和运算放大器组成。其中运算放大器采用的是LM324。二阶低通滤波器的示意图如图3所示。系统中采用的是增益可调反相放大器,经过调节可得到所需范围的电压信号。如图4所示。