具有过流保护及自恢复输出功能的机载直流电源设计

刘国美　赵振宇　高栋　李子河　王亮

摘 要：本文设计了一种具有过流保护及自恢复输出的机载直流电源，当监测到负载过流后电源可切除供电回路，防止故障蔓延。电源中的过流保护功能具备延时自恢复的特点，故障消失后自动恢复输出。

关键词：过流保护;自恢复输出;机载直流电源

1 绪论

针对机载设备对28V直流电源系统提出的“不能使用保险丝等熔断保护电路”的要求，设计了一种具有过流保护功能的电源，当负载过流后电源可切除供电回路，防止故障蔓延。电源中的过流保护功能具备延时自恢复的特点，故障消失后自动恢复输出。根据军标[1]要求过压浪涌为80V/50ms（或者50V/50ms，GJB 181A-2003和GJB 181B-2012中过压浪涌都为50V/50ms），在该过程中机载设备必须不能产生故障，该电源还对输入增加了过压浪涌保护电路。

2 电源结构组成

根据设备要求和供电特性要求设计了如图1所示结构的电源。图1电源模块的结构中包含：输入滤波保护电路、尖峰抑制保护电路、辅助电源电路、过压浪涌保护电路。输入电压首先通过滤波保护电路进行滤波，然后经过尖峰抑制电路，再通过浪涌抑制电路，最终到达过流保护电路，经过流保护电路后输出。当后端负载电流超过预设值则由过流保护电路切断输出，进入延时状态，故障消失后自动恢复输出。

2.1 输入滤波保护功能

飞机上的各电子设备均会产生噪声，互相之间会产生干扰，电源的滤波电路可滤除这种干扰，防止其对电源模块以及其后端设备产生影响。通常情况下，机载设备的电源滤波器会安装在机架的最前端，该滤波器与电源模块间还有其他的模块，与电源相距比较远，因此在设计中会在电源模块的进口上再增加滤波电路。

2.2 辅助电源功能

電源模块除提供各路二次电源输出外，自身的芯片电路也需要稳定供电电源。电源内部设置辅助电源电路，提供28V原边的稳定+15V电压（信号名：V.ST）供给芯片电路工作。钳位升压电路、储能电路、过流保护电路均使用该电源正常工作。该电路为电源模块成熟电路，可靠性高、工作稳定、抗干扰能力强，不做详细描述。辅助电源电路如图2所示[2]：

2.3 耐过压浪涌电路

耐过压浪涌电路应符合电源供电特性GJB 181A-2003规定，当输入过压浪涌后（50V/50ms），用电设备应不发生任何故障，电源模块输入过压保护电路原理图如图3所示。

耐过压浪涌电路的设计主要是通过串联在主供电回路的钳位场效应管V1来实现的。

钳位升压电路将辅助电源的输入电压（信号名：V.ST）转化为36V电压，该电路使用BOOST拓扑升压电路，使用集成开关管的PWM芯片LT35063ADC，优化电路结构。然后将36V（信号名：V36V）电压加在场效应管V1的基极，正常工作时V1处于饱和导通状态，通态阻抗小，电源模块正常工作;过压浪涌时（50V），因为门槛电压的缘故，V1将发射级电压钳位到32V，保证后端DC/DC模块不受损坏。

2.4 过流保护功能

过流保护电路如图4所示，它包括：电流监测电路、虚警过滤电路、比较电路、RC延时电路以及控制电路。其中，电流监测电路采用高增益的电流监测芯片与小于15mΩ的超低阻值、±0.5%的高精度电阻，实现电流的精确采样监测;虚警过滤电路采用低通滤波，防止电路干扰、上下电冲击误动作，且上电时将电流监测信号保持在低电平初态，保证比较电路不提前动作，另外，虚警过滤电路同时对电流监测电路输出的电流信号进行追踪，并通过该信号对电路进行充放电控制;比较电路通过比较器将虚警过滤电路给出的故障告警信号送入RC延时电路;RC延时电路通过充放电可控的RC电路配合过流保护电路的负反馈机制实现延时自恢复;控制电路接收RC延时电路的通断指令，将供电回路中的电子开关打开或关闭，实现过流保护，电子开关使用P沟道场效应管IRFY9130。当负载电流超过预设值后，电流监测电路采集到过流信号，经虚警判断后，供电回路中的开关将关闭输出，待负载电流恢复正常后开关打开，电源输出正常。

3 结语

根据军标以及某型号设备对电源的要求，本文设计了一种具有过流保护及自恢复输出的机载直流电源，目前该电源设计已应用到型号产品中，可靠性高，性能稳定。

参考文献：

[1]航空工业部六四○所.GJB 181—86飞机供电特性及对用电设备的要求[S].北京：航空工业部三○一所，1986.

[2]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1993.

作者简介：刘国美，女，四川内江人，汉族，硕士研究生，工程师，研究方向为计算机应用;赵振宇，男，陕西西安人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为计算机应用;高栋，男，山西运城人，高级工程师，研究方向为计算机应用;李子河，男，甘肃天水人，硕士研究生，工程师，研究方向为计算机应用。