短波电台瞬时断电保护电路设计方法

张大磊　王涛　宋启明

摘 要：本文依据GJB 181-1986和GJB 181A-2003中规定的飞机汇流条或电源转换状态不大于50ms的供电变化电源特性要求，同时考虑机载电子设备电流浪涌抑制要求，详细论述了短波电台瞬时断电保护电路的电路组成、工作原理及储能电容选型方法。该方案考虑全面、切实有效，已在某型直升机短波电台中得到应用，并经过电源特性试验验证，为同类机载电子设备瞬时断电保护电路设计提供了参考和借鉴。

关键词：短波电台;瞬时断电保护;软启动

引言

电源特性是指机载电子设备应与飞机供电系统的供电特性相兼容，随着对机载电子设备电源特性要求的提升，机载电子设备电源特性均明确要求符合GJB 181-1986或GJB 181A-2003等标准供电特性要求。其中，飞机供电系统在汇流条或电源转换状态会出现供电中断，时间不大于50ms。因此，在短波电台电源设计中，为防止在供电中断期间产品出现断电重启导致实时工作参数丢失或通信链路中断的问题，必须设计瞬时断电保护电路。

1 电路组成

短波电台额定输入电压一般为28V，通过DC/DC（5V）电源转换电路实现12V、5V等二次电源供给。短波电台功能控制、参数存储等功能电路均为5V供电，因此在飞机电源供电转换瞬间保证DC/DC（5V）电源转换电路正常输出，即可保证短波电台在系统电源供电转换出现供电中断时不会出现断电重启或工作参数、状态发生改变的问题。因此通常在DC/DC（5V）电源转换电路输入端增加储能电容实现断电保护功能。短波电台断电保护电路主要包括储能电容、防倒灌二极管、限流电阻和软启动电路。

2 工作原理

储能电容在系统出现瞬时供电中断时为DC/DC（5V）电源转换电路提供能量供给，并在储能电容正极与28V输入端之间增加二极管，防止系统供电中断后储能电容放电时出现“倒灌”现象。同时，为防止短波电台上电瞬间储能充电时电流过大导致防倒灌二极管损坏，可考虑在电容正极与DC/DC（5V）电源转换电路输入端之间增加二极管和限流电阻，短波电台上电正常工作时通过电阻给储能电容充电，系统出现瞬时供电中断时通过二极管放电给DC/DC电源转换电路提供能量，实现“慢充快放”。

软启动电路是为防止短波电台上电瞬间储能电容和后端电路滤波电容充电形成的冲击电流过大而设计的限流电路，由P沟道增强型MOS管、稳压二极管、电阻和电容构成，利用MOS管栅（G）源（S）电压UGS控制MOS管导电沟道的开启宽窄程度，达到控制漏（D）极电流的目的。在MOS管栅极源极之间并联稳压二极管，稳压二极管可在输入电压出现较大脉冲时使得MOS管两端栅源电压有上限值，也就通过MOS管的漏源电流的值也同样有上限值。短波电台上电后，MOS管栅极源极之间接有电容，电容两端电压（也即是MOS管的栅源电压UGS）不能突变，电压是从零开始，小于MOS管的开启电压UGS（th）（P沟道增强型MOS管的开启电压一般在2V～4V之间，UGS大于UGS（th）时MOS管导通），MOS管处于截止区，因此漏极和源极之间没有导通。随着电容逐渐充电，栅源电压UGS逐渐升高靠近开启电压。当UGS大于开启电压时，漏源两端逐渐导通，漏极电流逐渐增大。随着MOS管栅源电压的逐渐升高，MOS管工作状态从截止区到恒阻区再到饱和区。在此过程中，电路后端的负载电路中的电容被逐渐充电，冲击电流得到抑制。

3 储能电容选型

短波电台瞬时断电保护电路通常选用高能复合钽电容器来实现能量存储。高能复合钽电容器具有能量密度高、阻抗低、体积小等特点，可以进行无限次的充放电，常用于功率缓冲、能量吸收、断电延迟或瞬时断电保护电路。

设电路正常工作时的输入功率为P，电容容量为C，其两端的电压为U1，则电容储存的能量为：W1=C（U12）/2。当输入电源断电后，经过时间t，电容两端的电压为U2，此时电容剩余的能量为W2=C（U22）/2。因此在这一过程中储能电容释放的能量W=W1-W2=C（U12-U22）/2，它应等于电路维持时间t正常工作所需的能量，即Pt=W=C（U12-U22）/2。因此可知维持电路正常工作时间t所需的最小电容量为C= 2Pt/（U12-U22）。

在短波电台实际设计中，P为5VDC/DC电源转换电路正常工作时的输入功率（约为10W），t为最大供电中断时间0.05s，U1为最低稳态正常电压（比如在GJB 181-1986中规定A类用电设备最低稳态正常电压为26V），U2为5VDC/DC电源转换电路能够正常工作的最低输入电压（一般DC/DC電源转换电路最低输入电压要求为18V）。因此，短波电台断电保护电路所需的最小电容量C=2841µF。另外，在设计时为防止由于其他不确定因素导致的供电时间和功率密度不够的情况，在电容器容量选择时应留有余量（通常不小于50%），结合高能复合钽电容容量表容量选项，在上述条件下瞬时断电保护电路储能电容容值建议选择4200µF。当然，在实际选型过程中还需根据系统要求及产品电路情况调整相关参数。

4 结束语

短波电台电源设计中使用高能复合钽电容器作为储能电容为控制电路在系统出现供电中断时提供能量，可有效解决系统供电中断期间产品出现断电重启导致实时工作参数丢失或通信链路中断的问题，满足GJB181-1986或GJB181A-2003相关要求，并增加软启动电路解决产品上电过程中因储能电容及后端电路滤波电容充电造成的电流过冲问题，为同类机载电子设备瞬时断电保护设计提供了参考方案。

参考文献

[1]聂剑.一种软启动与防反接保护电路.电子产品世界.2015.Z1

[2]王大明，聂玉林，赵月琴.空空导弹发射装置电源特性设计.航空兵器2010年第3期

[3]GJB 181-1986，飞机供电特性及对用电设备的要求.

[4]GJB 181A-2003，飞机供电特性.

作者简介：

张大磊（1983-），陕西富平人，工程师，现在从事无线电电子线路设计工作，主要研究方向：短波通信