機載加固計算機耐瞬態電壓設計

王有為

（華北計算技術研究所 北京市 100083）

機載加固計算機耐瞬態電壓設計

王有為

（華北計算技術研究所 北京市 100083）

機載加固計算機是機載信息系統的重要組成部分。作為用電設備，機載加固計算機需要面臨飛機供電系統正常、非正常、應急、啟動或轉換狀態時的瞬態電壓沖擊。因此，機載加固計算機需要進行相應的耐瞬態電壓設計。本文根據GJB181的要求，給出一種耐瞬態電壓的方法，綜合使用了模擬開關控制電路及瞬態抑制保護電路，并將該電路直接集成到模塊化CPCI電源中。

機載加固計算機；耐瞬態電壓；GJB181；電源

引言

機載加固計算機作為機載信息系統的重要組成部分，其工作穩定性、可靠性十分重要。

1 設計需求

結合GJB181-86的要求，本文耐瞬態電壓電路設計要求為：

80V直流輸入、持續50ms供電條件下，加固計算機應正常工作；9V直流輸入、持續50ms供電條件下，加固計算機應正常工作；電源最大功率為150W。

2 總體方案

針對瞬態電壓抑制的場合，較為常用的手段是在電源前端加入MOV、TVS等器件進行電壓鉗位。該方案的優勢是電路簡單，比較易于實施，但缺點是當抑制器件鉗位時瞬態電流較大，可能對飛機電網產生一定干擾。

本方案使用了結合功率MOS管的開關特性，構建了瞬態電壓保護電路。MOS管，全名為金屬氧化物半導體場效應管，由金屬、氧化物（SiO2或SiN）及半導體三種材料制成，共有三個管腳G、D、S。通過G、S間施加控制電壓可實現對D、S端的閉合和斷開。MOS管具有開關速度快等優點，使功率變換實現高效率和小型化。

3 硬件電路設計

如圖1所示。

圖1 耐瞬態電壓電路原理圖

MOS管選擇了FQA36P15，為P溝道MOS管，其最大持續通過電流為36A、導通電阻約為76mΩ、耐電壓為150V、關斷延時為150～320ns。

在圖1中，各部分的設計方法和步驟如下：

在額定輸入范圍內，電流流經二極管V8/V13/V14、MOS管V9/V15/V16，經過濾波給后級電路供電。通過采樣+28V輸出電壓，當其低于32V時，采樣之后經過R20和R22分壓后與運放基準5腳進行比較，其6腳電壓低于5腳電壓2.5V，于是Q2飽和導通，MOS管柵極與地相接，MOS管完全打開，使得輸入電流以最小的損失經過MOS管流入后級。

在此過程中，其它幾個器件的狀態如下：運放的2腳電壓高于3腳電壓，使得1腳輸出為低電壓，從而使得Q1進入截止區，成為OC狀態，對主控制回路不影響。另外，在額定輸入范圍內，+28V輸出電壓最高為31.2-1V=30.2V，小于TVS管鉗位電壓33V，TVS管不動作。

輸入最大電流為：

根據此電流值、電路中最高電壓80V，以及散熱條件，選擇二極管為30CPQ150型號三個并聯，MOS管為三個并聯。

圖1中，R32/R16、V7起到軟起充電的作用，在額定輸入范圍時，由于電阻的限流作用，電阻不會消耗較大的功率。在額定輸入范圍內，MOS管完全導通，因此軟起電阻最高承受MOS管兩端電壓，約為0.01V，幾乎不消耗任何電流。

在軟起過程中，由于輸出電壓未達到運放設定的軟起結束電壓15.25V，運放的1腳輸入高電位，將Q1飽和導通，使得Q9截止，MOS管截止，避免了因啟動電流過大造成MOS管燒壞的情況。此時電流經過R32/R16、V7給后級電容充電，充電時間由R32/R16的阻值及支撐電容的容值決定，可用時間常數進行估算：

由于啟動時間較短，軟起電路電阻選用兩個3W電阻并聯即可。

在軟起結束時，電容上電壓已被充到15.25V，此時后級電路依然不會工作。經過運放檢測之后，關斷Q1，使得Q9在運放的作用下飽和導通，從而MOS管開啟，輸入電壓迅速給電容充電，使其達到輸入電壓減去二極管壓降之后的值。

在輸入過壓浪涌時，其輸入為80V時，首先輸出與輸入同步達到32V，然后通過運放反饋控制，使7腳電壓降低，Q2進入線性放大區，使得MOS管柵極電壓上升，MOS管進入線性調整區，MOS管導通電阻增大，從而保證輸出電壓穩定在32V。雖然此時MOS管消耗功率增大，但由于持續時間斷，只有50ms，因此MOS管幾乎不會造成溫升。

在輸入欠壓浪涌時，由于存在二極管單向導通的作用，后級電路通過支撐電容釋放儲存的能量。根據要求，欠壓浪涌持續50ms，因此可以設計電容的容值如下：

在最壞情況下，設定電源從25.2V下降，則輸出電壓從25.2-0.6=24.6V下降，在降至18V前，后級電路可以正常工作。

這段時間電容釋放的能量為：

其中：PTotal按150W計算：

考慮低溫工作環境，按0.6取降額，約為88916uF，選用33000/35V鋁電解電容27個，約為89100uF，可以滿足要求。

4 結束語

采用上述保護電路，較之傳統，具有電路簡潔、可移植性好等突出特點。目前該電路已成功應用于某型飛機的加固計算機上，有效地提升了產品的可靠性和穩定性。該電路也可為同類其他產品所借鑒，發揮其應有的作用。

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社.

[2]《飛機供電特性及對用電設備的要求》（GJB181-86）[S].1986.

[3]FQA36P15 datasheet，Fairchild Semiconductor.Rev.B.2003，12.

TP302

A

1004-7344（2016）07-0278-01

2016-2-20