ICL7660芯片在KJF2000监控系统中的应用

$ $ 作者简介： 刘友奇 （ .;(- 6 ） ， 男， 工程师， .;;( 年毕业于 山东矿业学院机械电子工程专业， 现从事煤矿安全监控系统 的研究及服务工作。 （ 收稿日期： -**) 6 .. 6 .- ； 责任编辑： 金丽华）
二极管 . / 。该电路的输出电流不 宜 超 过 -( ;<。 虽然分站在 1 7 . 电源上功耗较小， 但其转换电压 为 6 7 .， 电容存在一个比较高的放电负电压 1 7 .， 当 .// 移开时， 电容上的反向负压容易损坏芯片。 所以在输出电路中串入保护二极管将有效的保护 #$%&’’( 芯片。 +5 !" #$%&’’( 芯片损坏的主要原因 当系 统 分 站 断 电 时， .// 突 然 掉 电， 使得 #$%&’’( 内部要承受由 !! 电容形成的反向负压， 很 容易造成芯片的损坏。其特征为第 7 脚 .// 和第 + 脚 =>/ 形成虚短， 这时分站的本安电源一直处在 保护和工作两种状态之间转换， 分站一直处于重新 启动的状态。虚短使得流过 #$%&’’( 芯片的电流增 大， 芯片温度急剧升高， 使得芯片的损坏程度进一步 加剧， 最终导致芯片无法使用。 +5 +" #$%&’’( 芯片损坏对系统分站的影响 （-） 模拟量信号部分 采 集 不 连 续 甚 至 无 法 采 集。主要原因是 #$%&’’( 不能提供稳定的 1 7. 电 压， 因为在模拟量采集部分 1 7. 电压为采集信号的 比较基准电压， 当 #$%&’’( 为虚短状态时， 7 . 电压 一般为 ( ? ! . 之间， 所以 #$%&’’( 芯片输出电压为 1 ! ? ( .， 此时 %@-!, 、 %@+!, 输入信号的直流分量 得不到有效的遏制， 因此造成模拟量信号无法采集。 （!） 整个分站不正常工作， 表现为分站显示窗
图 +- !"#$%%& 引脚排列
+- !"#$%%& 的主要特点 !"#$%%& 是美国哈里斯公司生产的变极性 ." / ." 变换器。通过该 ." / ." 变换器可以将正电 压输入变为负电压输出， 即 6.. 与 67 的极性相反。 这种变换器利用振荡器和多路模拟开关实现电压极 性的转换， 因而静态电流小、 转换效率高、 外围电路 简单。另外， !"#$%%& 还具有如下特点： （+） 工作电压范围宽 （ 8 +9 : ; 8 +&9 : 6） 。 （* ） 可将 "<=> 或 00# 的 8 : 6 电压转换成为 / : 6 电压。 （,） 空载时没有内部压降， 转换效率可以达到 339 $ ? ， 接负载后本身耗电小于 &9 : @A， 却可向负 载提供 +& ; *& @A 的电流， 其转换效率为 3: ? 。 （2） 外围电路简单， 只需外接两个电容即可工 作。 （:） 可采用串联方式实现倍压输出。 （%） 温度范围为 / %: ; 8 +:& B 。 （$ ） 当电源电压小于 :9 :6 时， 能承受持续短 路。 *- !"#$%%& 的引脚功能及工作原理 *9 +- !"#$%%& 的引脚排列及功能特性， 如图 + 。
图 +" #$%&’’( 在 234!((( 系统中的接线电路
一直在闪烁。此时 #$%&’’( 为短路状态， 由于分站 本安电源有过压过流保护功能， 所以电源一直在通 和断两种状态间转换。 （+ ） #$%&’’( 造成的分站与计算机不通讯， 主要 原因也是由于 #$%&’’( 虚短或短路造成传输信号输 入到 %@-!, 的直流分量无法遏制。
在多通道数字信号采集系统中， 特别是功耗比 较大的 +, 转换器芯片， 对电源的带载能力要求较 高。为降低 %&’())* 变换器的输出阻抗，提高带载 能力，可以将多片 %&’())* 并联使用。图 # 为 - 只 %&’())* 的并联电路图。其中每只 %&’())* 各用 . 只电容 !. ，输出端则共用 . 只电容 !- 。若有 " 只 而其最大输 芯片并联，则输出阻抗为 #* / 0 #* $ "， 出电流通常可以接近 .* 1 （ 2+） 。 !" 3$ 多倍负压的实现方法
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煤 矿 安 全（ 07QRD ,53 ） -
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技术经验
!"#$%%& 芯片在 ’()*&&& 监控系统中的应用
刘友奇， 宋益东
（ 煤炭科学研究总院 抚顺分院， 辽宁 抚顺 ++,+** ）
摘- 要： 文章介绍了 !"#$%%& 芯片的引脚功能、 内部结构和工作原理， 同时给出了它在 ’()*&&& 监控系统分站中的应用， !"#$%%& 芯片出现故障的原因和对系统分站的影响。 关键词： ." / ." 变换器； 变极性； !"#$%%& ； ’()*&&& ； 系统分站 中图分类号： 0.$%- - - 文献标识码： 1- - - - 文章编号： +&&, / 23%4 （ *&&$ ） &2 / &&25 / &, "AE 8 ， "AE / （*， 2） 分别外接电容的正、 负端； FC. （,） 信号地； 67 （:） 转换电压输出端 （ 负端） ， 外接电容 "* ； #6 （%） 芯片内置电源低电压端，当 6.. G ,9 : 6 时， 此端开路； 6.. H ,9 : 6 时， 应将此端接地， 以 改善电路的低压工作性能； =>" （$） 振荡器外接电容或时钟输出端。此端 不接电容时， 振荡频率为 +& IJK， 若需降低内部振 荡频率， 应 外 接 电 容 !。当 ! L D&& M) 时， "-D IJK； ! L + &&& M) 时， "-+&& JK。振荡信号亦可由 此端引出； 6.. （5） 正电源端， 范围为 +9 : ; +&9 : 6。 *9 *- !"#$%%& 的工作原理 !"#$%%& 电压变换器也称 “ 泵电源” ， 其特点是 利用电荷泵的原理将正压输入变成反极性的负压输 出， 即 67 L / 6..。它利用振荡器、 模拟开关和泵 电容来实现电压极性转换。 !"#$%%& 电压变换器可 将单电源变换成对称输出的双电源， 还能实现倍压 或多倍压输出， 具有电源效率高 （ 空载为 339 $ ? ， 带负载后为 3: ? ） 、 外围电路简单 （ 仅需两只电容） 等优点。可广泛用于数字电压表、 数据采集系统等 领域。例如在 ’()*&&& 监控系统分站中将 8 5 6 电 源变换成 / 5 6 电源， 供 #<,*2 、 #<+*2 等 芯 片 使 用， 也可以转换成双电源供单片 A N . 转换器使用， 从而简化了电源设计。 !"#$%%& 的内 部 框 图 如 图 * 所 示。它 主 要 由 O" 振荡器、 分频器、 2 只由场效应管构成的模拟开 关、 逻辑控制器、 电平转换器和稳压器等组成。工作 时， O" 振荡器产生的振荡频率 " 经过分频器后变成
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图 !" #$%&’’( 内部框图
)*+ 和 )*, 为另一组， 由于这两组开关交替通断， 且分频后得到的是对称方波， 所以它们分两个半周 期工作。在 上 半 周 期， )*- 与 )*! 闭 合， )*+ 和 )*, 断开， !- 被充电到 .//； 在下半周期， )*+ 和 )*, 闭合， )*- 与 )*! 断开， !- 的正端接地， 负端 接 .0， 由于 !- 与 !! 相并联， !- 上的部分电荷将转 移到 !! ， 在 !! 上形成负压输出。在模拟开关作用 下， !- 不断 充 电， 其 两 端 压 降 维 持 在 .// 值。显 然， !- 的作用就相当于一个 “ 充电泵” ，故称之为充 电泵电容。因此， 由 !- 和 !! 构成的泵电源电路属 于高效 /$ 1 /$ 转换器， 其电能损耗极小。 +" #$%&’’( 在 234!((( 中的应用 +5 -" 系统分站电路原理 系统分站利用 #$%&’’( 芯片将 6 7 . 电源变换 成 1 7 . 电源， 电路如图 + 所示。
" " !- 、 !! 采用漏电小、 介质损耗低的 -( !4 钽电 当 容， 以提高电源转换效率。根据 #$%&’’( 的特性， .// 8 6 ’5 9 . 时， 第 9 脚可直接作为输出； 当 .// : 6 ’5 9 . 时， 为避免损坏芯片， 输出电路需要串入
・ 3*・ !" #$ %&’())* 芯片大负载驱动
图 #$ - 只 %&’())* 并联电路图
图 3$ 多倍负压实现方法
#$ 结束语 %&’())* 变极性 ,& 6 ,& 变换器非常适合在数 字电压表、 数据采集等数字系统中使用， 它转换效率 高、 静态电流小、 外围电路简单， 而且使用方便， 功能 强， 在 89:-*** 监控系统中得到了很好的应用。
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