一種機(jī)載電源掉電檢測電路設(shè)計

王雪健 董??凱 王若璇 ?孫靖國 ?李子河

中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計算技術(shù)研究所

摘? ?要：

針對傳統(tǒng)機(jī)載電源掉電檢測電路抗干擾能力差、易誤觸發(fā)的缺點，提出了一種抗干擾能力強(qiáng)、安全性更好的掉電檢測電路。首先，在傳統(tǒng)掉電檢測電路的基礎(chǔ)上引入正反饋電路組成滯回電壓比較器，提高抗干擾能力；其次，為提高安全性，通過控制電容的充放電，使檢測電路延時發(fā)送正常信號而在掉電情況下迅速發(fā)出掉電信號；最后，設(shè)計掉電激勵電路，能夠在維護(hù)狀態(tài)時通過外加激勵測試掉電檢測電路的功能正常與否，獲得更好的測試性。

0 ?引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，人們對機(jī)載設(shè)備的可靠性要求越來越高，尤其是在機(jī)載計算機(jī)電路系統(tǒng)中，掉電檢測電路是至關(guān)重要的一部分。掉電檢測電路的作用是時刻檢測機(jī)上28 V匯流條的電壓，當(dāng)電壓下降到一定值時，掉電檢測電路發(fā)出欠壓信號，當(dāng)CPU檢測到這個信號后，進(jìn)行一系列的動作，例如啟動備用蓄電池、保存數(shù)據(jù)、復(fù)位等。本文提出了一種機(jī)載電源的掉電檢測電路，具有響應(yīng)迅速、抗擾動、測試性好的特點。

目前機(jī)載設(shè)備中的掉電檢測電路多采用簡單的輸入電壓分壓后，通過電壓比較器與基準(zhǔn)電壓相比，輸出掉電檢測信號[1]，如圖1所示。該方法優(yōu)點是原理簡單，設(shè)計參數(shù)易調(diào)；缺點是抗擾動能力差，容易誤觸發(fā)掉電信號。本文提出的掉電檢測電路在原基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，使改進(jìn)后的檢測電路具有滯回比較功能，安全性、測試性更好。

1??抗擾動設(shè)計

首先，在上述電路基礎(chǔ)上，通過引入正反饋電阻，組成滯環(huán)電壓比較器，增強(qiáng)檢測電路的抗擾動能力，通過調(diào)節(jié)正反饋電阻和同相輸入端的輸入電阻比值，能夠調(diào)節(jié)滯環(huán)比較器的滯環(huán)窗口大小[2]，如圖2所示。

比較器N2輸出通過正反饋電阻R65接到比較器正相輸入端，組成滯回比較電路，門限電壓計算為：

VT＝VCC或0，則門限電壓分別為：

比較器N2電壓傳輸特性曲線如圖3所示。

根據(jù)電壓傳輸特性曲線可以看出，UI從小于UP1的值逐漸增大到UP2時，U0輸出高電平；UI從大于UP2的值逐漸減小到UP1時，U0輸出低電平。曲線具有方向性，如圖3中標(biāo)記。通過調(diào)節(jié)R27和R65的電阻比值，可調(diào)節(jié)滯回比較器的滯回區(qū)間大小，即

2 ?安全性設(shè)計

為了提高安全性，希望在檢測到掉電時立即發(fā)出掉電信號，而在供電恢復(fù)后，輸入電壓保持正常一段時間再發(fā)出正常信號，以確保輸入電壓穩(wěn)定正常，即不正常情況立即反應(yīng)，正常情況延時反應(yīng)。為此，設(shè)計RC電路，使其電容具有“慢充快放”的特性。在第一級比較器輸出后增加兩個三極管，由第一級比較器輸出控制三極管的導(dǎo)通、關(guān)斷，進(jìn)而控制電容的充放電，電容電壓作為第二級比較器的同相輸入。當(dāng)輸入電壓正常時，三極管不導(dǎo)通，電容通過電阻緩慢充電，達(dá)到比較門限電壓后發(fā)出高電平正常信號，實現(xiàn)延遲發(fā)送正常信號；當(dāng)輸入進(jìn)入欠壓時，三極管導(dǎo)通，電容通過三極管迅速放電，第二級比較器輸出發(fā)低電平欠壓信號，實現(xiàn)掉電信號立即發(fā)出。

當(dāng)比較器N2反相輸入端電壓低于UP1時，N2輸出端為高電平，V23導(dǎo)通，R66、R67電阻經(jīng)過分壓后，V24導(dǎo)通，電容C71的儲能通過R62小電阻迅速放電，比較器N8同相輸入端電壓低于反相輸入端，N8輸出端輸出低電平，掉電檢測電路發(fā)出欠壓信號，如圖4所示。

當(dāng)N2反相輸入端高于UP2時，N2輸出端為低電平，V23、V24不導(dǎo)通，VCC通過R68給電容C71充電，延時5?ms后，輸入電壓依然高于欠壓門限電壓UP2，比較器N8輸出端翻轉(zhuǎn)為高電平，掉電檢測電路輸出UV為高電平（正常信號），如圖5所示。

當(dāng)輸入電壓低于欠壓門限值時，UV欠壓信號迅速翻轉(zhuǎn)為低電平，當(dāng)輸入電壓高于欠壓門限值時，利用RC電路中C71的“慢充快放”特性，使比較器N8的同相輸入端電壓緩慢上升，具有延時翻轉(zhuǎn)的功能，防止輸入電壓擾動導(dǎo)致誤發(fā)正常信號，從而造成機(jī)上設(shè)備誤判。同時，為了機(jī)上設(shè)備的安全性，在延遲時間內(nèi)，如果輸入電壓再次低于門限值，電容C71儲能被再次放掉，重新計時，同時立即發(fā)出欠壓信號，以便機(jī)上用電設(shè)備及時作出反應(yīng)。

3 ?測試性設(shè)計

最后，為提高電路測試性，便于在外部測試欠壓檢測電路的功能完整性，在第一級比較器反相輸入端增加一個光耦隔離電路。光耦的初級接外部激勵信號，次級接比較器反相輸入端。在輸入電壓正常的情況下，置掉電激勵信號為高電平，次級光耦導(dǎo)通，第一級比較器反相輸入端被拉低，檢測電路發(fā)出欠壓信號；當(dāng)?shù)綦娂钚盘枒铱諘r，次級光耦不導(dǎo)通，掉電檢測電路發(fā)正常信號；通過外部激勵檢測欠壓信號是否翻轉(zhuǎn)，確定掉電檢測電路的功能是否正常。

測試性電路如圖6所示，D4為穩(wěn)壓管，D4和C76起保護(hù)作用，防止尖峰電壓損傷光耦。在測試環(huán)境下，輸入接28 V正常輸入電壓，當(dāng)光耦初級UV_STIM接高電平信號時，光耦初級有電流流過，光耦次級導(dǎo)通，將比較器N2的反相輸入端通過電阻R60拉低，強(qiáng)制掉電檢測電路發(fā)出欠壓信號。當(dāng)UV_STIM懸空或接地時，光耦初級無電流，光耦次級不導(dǎo)通，掉電檢測電路發(fā)正常信號。通過強(qiáng)制發(fā)欠壓信號，檢測掉電檢測電路比較器翻轉(zhuǎn)是否正常，便于機(jī)載電源在維護(hù)或測試時，檢測掉電檢測電路的功能是否正常。

4 ?結(jié)語

本文提出了一種改進(jìn)的機(jī)載電源欠壓檢測電路設(shè)計，通過比較器正反饋電阻組成滯回比較器，提高了抗擾動能力。進(jìn)一步，利用RC電路電容“慢充快放”特性，輸入電壓高于欠壓門限5 ms后發(fā)送正常信號，而對于輸入電壓低于欠壓門限，則立刻發(fā)送欠壓信號，保證機(jī)上設(shè)備安全性。最后，增加了欠壓激勵信號用于在維護(hù)或自檢狀態(tài)確認(rèn)欠壓保護(hù)電路的功能，提高了可測試性。該方案在增加少量器件的前提下，提供了一種抗擾動、安全性高、測試性好的機(jī)載電源欠壓檢測電路。

審核編輯：湯梓紅