摘要 針對飛機直流電源上的浪涌干擾，分析了采用電壓鉗位和開關式穩(wěn)壓電路兩種方法，實現(xiàn)80V浪涌吸收器的可行性。經(jīng)過設計和試驗，較好地解決了這一問題。
關鍵詞 機載電子設備；80V浪涌吸收器；浪涌干擾
隨著機載電子設備的日益增多和功能日趨完善。但由于電子設備間相互產(chǎn)生干擾，使得各電子設備的工作環(huán)境更加惡劣。為使各種電子設備能可靠工作，國家標準規(guī)定了各種電子設備應能承受的環(huán)境條件。對最基本的供電來說，國軍標(GJB181—86)中要求機載電子設備能夠承受一定的尖峰電壓及浪涌電壓。對于尖峰電壓，因為尖峰電壓值雖高，但時間短，能量小，可用電感濾除或用瞬態(tài)電壓抑制二極管、壓敏電阻來吸收。對于低壓浪涌，可以采取貯存能量，或主控系統(tǒng)供電由低壓變高壓DC—DC補充的供電方法，使電子設備工作不問斷，就可解決此問題。但對于過壓浪涌，GJB181—86中要求使用+28V供電的電子設備能承受80V、50ms的過壓浪涌，其電壓高，時間長，因此實現(xiàn)困難。本文通過理論分析和實驗，提出了采用電壓鉗位和開關式穩(wěn)壓電路等方法來解決此問題的思路。
1 電壓鉗位
正常供電采用直流28 V的電子設備，要對80 V、50 ms的浪涌電壓實現(xiàn)鉗位，必須要有能承受52 V壓降的器件。若電子設備工作電流為3 A，則需消耗的功率為52×3=156 W。從理論上來分析，可用瞬態(tài)電壓抑制二極管或壓敏電阻來鉗位，但此時有大電流流過設備的保險絲，會燒斷保險絲。若采用自復保險絲(PTC)來替換金屬保險絲，自復保險絲能承受52 V壓降，理論上可以實現(xiàn)80 V浪涌電壓的鉗位。但現(xiàn)有PTC材料的環(huán)境溫度變化很大，如圖1所示。從圖1中可以看出，這種保險絲在軍用環(huán)境溫度條件下起不到保險的作用。因此，此方案可以滿足一般民用要求，但目前還不滿足軍用環(huán)境溫度條件要求。
2 開關式穩(wěn)壓電路
采用開關式穩(wěn)壓電路實現(xiàn)80 V浪涌吸收器。需選用導通電阻小，能承受大電流的開關器件，使正常工作時壓差很小，消耗能量較少；關斷時，能承受高電壓。IR公司的MOSFET系列具備這個功能，例如IRF250，其基本應用參數(shù)為Vdss=200 V，通態(tài)電阻Rds(on)=0．075Ω，允許通過電流ID=30 A。
采用此類器件實現(xiàn)80 V浪涌吸收器的電路框圖如圖2所示。
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圖中，開關器件選用MOSFET，其導通電壓VGS最小2 V，最大4 V，極限值VGS≤±20 V，因為正常輸出電壓比輸入電壓降低≤0．4 V，所以開關器件MOSFET的柵極電壓應>30 V，將高出電源電壓。為了生成此電壓，設計有振蕩電路和倍壓電路，振蕩電路的供電由穩(wěn)壓電路完成。穩(wěn)壓電路采用1 kΩ電阻串聯(lián)穩(wěn)壓二極管實現(xiàn)，穩(wěn)壓值為12 V。在+28 V電源供電時，穩(wěn)壓管上電流為
根據(jù)GJB181—86實驗要求，每次浪涌電壓為80 V、50 ms，每分鐘1次，共5次，電阻平均功率為：
為減小體積，選用RJ14／0．5 W的電阻即可。振蕩電路頻率為100 kHz，振幅12 V，經(jīng)簡單的二極管電容倍壓整流電路后，電壓升到32 V。選保護器件穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為20 V，既保護了開關器件MOSFET，也起到了控制開關式穩(wěn)壓電路的作用。
80 V浪涌吸收器工作原理是：在正常28 V輸入時，振蕩電路輸出頻率為100kHz的方波，倍壓整流電路輸出倍壓值32V給MOSFET的柵極，VGS>2V，MOSFET導通，輸出28 V，VGS=32-28=4V，保護器件不工作。若輸入浪涌電壓時，假設80V、50 ms浪涌電壓剛開始通過了開關器件MOSFET，開關器件MOSFET輸出將上升。當>32 V時，保護電路中二極管正向導通，VGS=-0．7 V，此時開關器件MOSFET關閉。然后，保護器件穩(wěn)壓二極管正端電壓消失，二極管截止，VGS>2 V，MOSFET又導通，輸出將上升，使保護器件穩(wěn)壓二極管導通，……。如此循環(huán)控制，使輸出電壓始終不高于32 V，GJB181—86中要求正常供電采用直流+28 V的電子設備應能夠在24～32 V間正常工作。到此，80 V浪涌吸收器輸出端輸出了一個幅度≤32 V的脈動直流。在該裝置輸出端對地加一個1μF濾波電容，對此脈動直流電進行濾波，就得到了一個平穩(wěn)的直流電。
3 實驗
采用這種方案制成80 V浪涌吸收器，進行實驗。在輸出功率為80 W的條件下，正常28 V輸入時，MOSFET器件上的壓降為0．2 V，在從-55+85℃環(huán)境溫度下壓降≤0．4 V，連續(xù)工作12 h，MOSFET器件溫升不超過5℃，可以不用專門加裝散熱片。在施加80 V、50 ms的浪涌電壓時，輸入浪涌電壓跌落<0．5 V，80 V浪涌吸收器輸出電壓≤32 V，實驗結果達到設計要求。制成品的體積為30 mm×40 mm×12 mm。
4 結束語
采用開關式穩(wěn)壓電路制成的80 V浪涌吸收器，經(jīng)過各種實驗，達到了GJB181—86的要求，該裝置電路簡單、可靠，所選用的元器件都是通用器件，沒有特殊要求，易于采購。電路裝配正確，無需調試就可正常工作。其輸出電流能力可以滿足大多數(shù)機載電子設備的用電要求，適用于各種采用直流28 V供電的設備。合理改變元器件的參數(shù)，也可以擴展應用于別的供電電壓來抑制浪涌。
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