航空電源相序檢測電路的設計與實現

先明樂，卿 華

（空軍第一航空學院，河南 信陽 464000）

0 引言

航空電源中三相交流電源的相序對某些設備有直接的影響，必須確保三相電源的相序正確。三相電相序有2 種：正序和反序。A 相可以任意指定，但A 相一經確定，比A 相滯后120°的就是B 相，比B 相滯后120°的就是C 相。本文設計了一種針對400Hz36V 三相航空電源的相序檢測電路，通過硬件電路用一個指示燈即可直觀地指示出航空電源相序的正反狀態。

1 基本思路

如圖1 所示，首先將三相電源ABC 分壓后整形為方波，然后將ABC 相獲得的方波經邏輯運算后分頻，若為正序則指示燈常亮，反之指示燈閃爍。

1.1 分壓

本文是針對額定電源為36V 的航空電源設計的相序檢測電路。該航空電源的最大電壓可達42V，因此輸入的三相交流電必須進行分壓才能送入滯回比較器進行方波整形，否則過大的輸入信號將擊穿比較器，導致整個電路失效。電路選用的滯回比較器雖然具有超擺幅電壓輸入功能，但考慮到避免比較器故障后造成電路其他器件損傷，輸入比較器的電壓任應限制在比較器供電電壓以內，故須將輸入電路的三相電壓分壓至5V 以下。

圖1 電路原理圖Fig.1 The principle diagram of the circuit

1.2 整形

本文選用滯回比較器作為交流電整形為方波的關鍵整形器件。內部帶有滯回電路的比較器與無滯回電路的比較器相比，可以避免由于輸入端的寄生反饋所造成的比較器輸出振蕩。如圖2 所示，無滯回電路的比較器容易在輸入信號處于模糊狀態時出現輸出信號頻繁跳變的情況，而有滯回電路的比較器則可以通過設置閾值VTH，確保只有輸入信號變化大于2VTH 時輸出信號才會出現跳變。

圖2 有滯回電路比較器與無滯回電路比較器輸出信號對比Fig.2 Output Signal Compared between Hysteresis Comparator Circuit and No Hysteresis Comparator Circuit

1.3 邏輯運算

三相交流電信號經滯回比較器整形為A、B、C 方波后，如圖1 所示，將A 和AC 與非之后的結果送入Q2 和Q3 組成的與非門基本RS 觸發器，觸發器輸出信號Q 與B 與非后獲得信號取反后即可送入分頻器，以便借助指示燈情況判斷三相交流電的相序。

初始狀態下，ABC 均為0，Q 為1。

在A 方波剛跳變到高電平時刻：正序時A=1，B=1，C=0，此時Q1 輸出信號為1，送入觸發器的兩個輸入信號均為1，因此觸發器輸出信號保持不變，仍為1，因此Q4 輸出信號為0；反序時A=1，B=0，C=1，此時Q4 輸出信號為1。

在A 方波剛跳變到低電平時刻：正序時A=0，B=0，C=1，此時Q4 輸出信號為0；反序時A=1，B=0，C=1，此時Q4 輸出信號為0。

1.4 分頻

本文所檢測的航空電源頻率為400Hz，三相電源反序時送入指示燈的脈沖信號頻率也為400Hz。400Hz 脈沖信號作用下，由于人眼的余輝作用，高頻閃爍的指示燈在人眼看來與常亮的指示燈幾乎一致。為在視覺上明顯區分出正序時常亮的指示燈與反序時閃爍的指示燈，必須將400Hz 降頻至人眼可明顯區分出閃爍狀態的低頻信號，因此在將檢測信號送入指示燈前，必須進行分頻處理。

2 仿真分析

將圖1 所示電路原理圖通過Multisim 平臺進行仿真分析，三相電壓ABC 正相序時的波形如圖3 所示，將它們經滯回比較器轉換為方波后的波形如圖4 所示。

圖3 三相電源波形Fig.3 Three-phase power waveform

圖4 轉換后的方波Fig.4 Square wave after conversion

AC 相方波與非后的結果與A 相方波送入基本RS觸發器，之后與B 相方波與非后反相送入分頻器，將400Hz 中頻信號分頻256，降頻為約每2 秒鐘3 個脈沖，以確保反序時指示燈閃爍頻率合適。送入分頻器之前的信號如圖5 所示。分析結果表明，該設計方案完全可達到預期結果。

圖5 送入分頻器之前的信號Fig.5 Signal before inputting to divider

3 硬件設計

ABC 三相電源通過阻值相同的三個電阻R2、R4、R6 連接至同一點上。由相位矢量分析可知該點電勢為0，因此該點即為零電位參考點。R1、R3、R5 阻值選定為2KΩ，R2、R4、R6 阻值選定為500Ω，由此將送入滯回比較器的電源電壓降為約6.67V，工作電流16mA。滯回比較器選用MAX964ESE，與非門選用SN74LS132，反相器選用74F04，分頻器選用SN74HC4040D，指示燈選用額定電流為20mA 的5VLED 指示燈。使用情況表明，該電路工作正常，性能穩定。

4 結束語

該相序檢測電路通過一個小功率指示燈的常亮狀態指示400Hz36V 三相航空電源的正序狀態，其閃爍狀態指示三相電源的反序狀態，使用的元件數量少，體積小，性能可靠，功耗小。