具有過流保護(hù)及自恢復(fù)輸出功能的機(jī)載直流電源設(shè)計(jì)

劉國美　趙振宇　高棟　李子河　王亮

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種具有過流保護(hù)及自恢復(fù)輸出的機(jī)載直流電源，當(dāng)監(jiān)測到負(fù)載過流后電源可切除供電回路，防止故障蔓延。電源中的過流保護(hù)功能具備延時(shí)自恢復(fù)的特點(diǎn)，故障消失后自動恢復(fù)輸出。

關(guān)鍵詞：過流保護(hù);自恢復(fù)輸出;機(jī)載直流電源

1 緒論

針對機(jī)載設(shè)備對28V直流電源系統(tǒng)提出的“不能使用保險(xiǎn)絲等熔斷保護(hù)電路”的要求，設(shè)計(jì)了一種具有過流保護(hù)功能的電源，當(dāng)負(fù)載過流后電源可切除供電回路，防止故障蔓延。電源中的過流保護(hù)功能具備延時(shí)自恢復(fù)的特點(diǎn)，故障消失后自動恢復(fù)輸出。根據(jù)軍標(biāo)[1]要求過壓浪涌為80V/50ms（或者50V/50ms，GJB 181A-2003和GJB 181B-2012中過壓浪涌都為50V/50ms），在該過程中機(jī)載設(shè)備必須不能產(chǎn)生故障，該電源還對輸入增加了過壓浪涌保護(hù)電路。

2 電源結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)設(shè)備要求和供電特性要求設(shè)計(jì)了如圖1所示結(jié)構(gòu)的電源。圖1電源模塊的結(jié)構(gòu)中包含：輸入濾波保護(hù)電路、尖峰抑制保護(hù)電路、輔助電源電路、過壓浪涌保護(hù)電路。輸入電壓首先通過濾波保護(hù)電路進(jìn)行濾波，然后經(jīng)過尖峰抑制電路，再通過浪涌抑制電路，最終到達(dá)過流保護(hù)電路，經(jīng)過流保護(hù)電路后輸出。當(dāng)后端負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)值則由過流保護(hù)電路切斷輸出，進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，故障消失后自動恢復(fù)輸出。

2.1 輸入濾波保護(hù)功能

飛機(jī)上的各電子設(shè)備均會產(chǎn)生噪聲，互相之間會產(chǎn)生干擾，電源的濾波電路可濾除這種干擾，防止其對電源模塊以及其后端設(shè)備產(chǎn)生影響。通常情況下，機(jī)載設(shè)備的電源濾波器會安裝在機(jī)架的最前端，該濾波器與電源模塊間還有其他的模塊，與電源相距比較遠(yuǎn)，因此在設(shè)計(jì)中會在電源模塊的進(jìn)口上再增加濾波電路。

2.2 輔助電源功能

電源模塊除提供各路二次電源輸出外，自身的芯片電路也需要穩(wěn)定供電電源。電源內(nèi)部設(shè)置輔助電源電路，提供28V原邊的穩(wěn)定+15V電壓（信號名：V.ST）供給芯片電路工作。鉗位升壓電路、儲能電路、過流保護(hù)電路均使用該電源正常工作。該電路為電源模塊成熟電路，可靠性高、工作穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，不做詳細(xì)描述。輔助電源電路如圖2所示[2]：

2.3 耐過壓浪涌電路

耐過壓浪涌電路應(yīng)符合電源供電特性GJB 181A-2003規(guī)定，當(dāng)輸入過壓浪涌后（50V/50ms），用電設(shè)備應(yīng)不發(fā)生任何故障，電源模塊輸入過壓保護(hù)電路原理圖如圖3所示。

耐過壓浪涌電路的設(shè)計(jì)主要是通過串聯(lián)在主供電回路的鉗位場效應(yīng)管V1來實(shí)現(xiàn)的。

鉗位升壓電路將輔助電源的輸入電壓（信號名：V.ST）轉(zhuǎn)化為36V電壓，該電路使用BOOST拓?fù)渖龎弘娐?，使用集成開關(guān)管的PWM芯片LT35063ADC，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。然后將36V（信號名：V36V）電壓加在場效應(yīng)管V1的基極，正常工作時(shí)V1處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，通態(tài)阻抗小，電源模塊正常工作;過壓浪涌時(shí)（50V），因?yàn)殚T檻電壓的緣故，V1將發(fā)射級電壓鉗位到32V，保證后端DC/DC模塊不受損壞。

2.4 過流保護(hù)功能

過流保護(hù)電路如圖4所示，它包括：電流監(jiān)測電路、虛警過濾電路、比較電路、RC延時(shí)電路以及控制電路。其中，電流監(jiān)測電路采用高增益的電流監(jiān)測芯片與小于15mΩ的超低阻值、±0.5%的高精度電阻，實(shí)現(xiàn)電流的精確采樣監(jiān)測;虛警過濾電路采用低通濾波，防止電路干擾、上下電沖擊誤動作，且上電時(shí)將電流監(jiān)測信號保持在低電平初態(tài)，保證比較電路不提前動作，另外，虛警過濾電路同時(shí)對電流監(jiān)測電路輸出的電流信號進(jìn)行追蹤，并通過該信號對電路進(jìn)行充放電控制;比較電路通過比較器將虛警過濾電路給出的故障告警信號送入RC延時(shí)電路;RC延時(shí)電路通過充放電可控的RC電路配合過流保護(hù)電路的負(fù)反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)延時(shí)自恢復(fù);控制電路接收RC延時(shí)電路的通斷指令，將供電回路中的電子開關(guān)打開或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，電子開關(guān)使用P溝道場效應(yīng)管IRFY9130。當(dāng)負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)值后，電流監(jiān)測電路采集到過流信號，經(jīng)虛警判斷后，供電回路中的開關(guān)將關(guān)閉輸出，待負(fù)載電流恢復(fù)正常后開關(guān)打開，電源輸出正常。

3 結(jié)語

根據(jù)軍標(biāo)以及某型號設(shè)備對電源的要求，本文設(shè)計(jì)了一種具有過流保護(hù)及自恢復(fù)輸出的機(jī)載直流電源，目前該電源設(shè)計(jì)已應(yīng)用到型號產(chǎn)品中，可靠性高，性能穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]航空工業(yè)部六四○所.GJB 181—86飛機(jī)供電特性及對用電設(shè)備的要求[S].北京：航空工業(yè)部三○一所，1986.

[2]邱關(guān)源.電路[M].北京：高等教育出版社，1993.

作者簡介：劉國美，女，四川內(nèi)江人，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用;趙振宇，男，陜西西安人，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用;高棟，男，山西運(yùn)城人，高級工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用;李子河，男，甘肅天水人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用。