CN105659929B - 机载预稳压直流变换电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载预稳压直流变换电源，适于作直升机机载光电稳定平台电源。该电源由尖峰抑制电路、浪涌抑制电路和多种DC/DC变换电路构成，尖峰抑制电路对载机上直流电源的尖峰电压进行抑制和吸收，浪涌抑制电路对载机上直流电源的浪涌电压或尖峰发生瞬间尖峰抑制电路输出电压抑制到DC/DC变换电路的正常输入范围内。本发明能够有效避免载机上直流电源电压出现尖峰和浪涌时，对机载光电稳定平台上各用电设备的损坏；同时还能够很好地满足机载光电稳定平台提出的小型化、轻量化的战技要求。<pb pnum="1" />

Description

机载预稳压直流变换电源

技术领域

本发明属于电源技术领域，主要涉及一种机载电源，尤其涉及一机载光电稳定平台用预稳压直流变换电源。

背景技术

光电稳定平台是一种安装在运动载体(武器平台)上对目标进行搜索、瞄准、跟踪、照射和测距的光电设备。由于光电稳定平台内集成了计算机、图像处理等诸多电路板，对信号进行处理、运算，需要给这些电路板提供电源，使其能够稳定的工作，因而，必须在光电稳定平台上配置如图1所示的直流变换电源，以将载机提供的+28V电源电压转换成各个电路板需要的直流电源电压并提供给各个电路板。

目前，某型号直升机的机载直流电源是额定电压+28V(电源系统调压点的额定电压)，负线接地的两线系统，在机载直流电源正常工作情况下，给光电稳定平台的稳态供电范围在22V-32V之间，由DC/DC组成的直流变换电源的直流输入电压范围在18V-36V之间，完全能够满足稳态下飞机供电系统的需要。但随着直升机机载直流电源工作状态的变化，其瞬态电源特性就会发生变动，瞬态特性往往超出稳态范围并在规定的时间内恢复到稳态范围之内，这是机载直流电源进行调节的一种正常而常见的工作状态，包括机载直流电源的浪涌电压和尖峰电压，浪涌电压是机载直流电源自身调节及调压器的校正作用所引起的某一特性偏离受控稳态值的变化，浪涌电压的最大值是80V，持续时间为50ms；尖峰电压是由于切换感性器件时产生的高频电流引起的特性偏离浪涌电压或受控稳态电压，这种偏离在极短时间内达到最大值，尖峰电压的最大值是600V，持续时间为10us。由于光电稳定平台的直流变换电源大都是在机载直流电源稳态供电范围22V-32V之间正常工作，而机载直流电源的瞬态浪涌电压值80V、尖峰电压值600V都远远超出了其稳态电压范围，这势必对光电稳定平台的用电设备造成损坏。

目前，国内机载光电稳定平台普遍选用具有抗浪涌及尖峰电压的DC/DC变换器来抑制机上电源的浪涌及尖峰电压，但这种做法存在两点问题，1)这种变换器在市场上比较少见，挑选余地较窄；2)具有抗浪涌及尖峰电压的DC/DC变换器体积大且比较重，在多路电源电压输出时，需要多个DC/DC变换器，相应地又增加了体积和重量，不能满足机载设备小型化、重量轻的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为机载光电稳定平台提供一种体积小、重量轻且能够抗机上供电电源的浪涌和尖峰电压的预稳压直流变换电源。

为解决上述技术问题，本发明提供的预稳压直流变换电源包括尖峰抑制电路、浪涌抑制电路和多个输出电压不同的DC/DC变换电路，尖峰抑制电路和浪涌抑制电路同时并接在机载电源的正极和地之间，多个DC/DC变换电路均并接在浪涌抑制电路输出正极和地之间；所述尖峰抑制电路含有第一稳压二极管和第一滤波电路且两者并联；所述浪涌抑制电路包括分压电路、第二稳压二极管、第三稳压二极管、MOS管、光耦、限流电阻、第二滤波电路，分压电路作为浪涌抑制电路输入端，对所述尖峰抑制电路的输出进行分压，第二滤波电路作为浪涌抑制电路的输出端，光耦的输入端阳极通过限流电阻接浪涌抑制电路输入端正极，光耦的输入端阴极串接第二稳压二极管D2后接MOS管的漏极并同时接浪涌抑制电路的输出地，光耦输出端发射极、第三稳压二极管D3的阳极和MOS管的源极均接浪涌抑制电路的输入地，光耦输出端集电极接MOS管的栅极和D3的阴极且三者同时接分压电路的输出端。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明在最前端设置了由第一稳压二极管和第一滤波电路构成的尖峰抑制电路，以抑制和吸收机上电源的尖峰电压(最大值600V)并将其稳定在低电压值(≤90V/10us)的范围内；同时，在尖峰抑制电路和DC/DC变换电路之间还设置了一个浪涌抑制电路，以将机上电源的浪涌电压(80V/50mS)或尖峰发生瞬间尖峰抑制电路的输出电压抑制到DC/DC变换电路的正常输入(≤33V)范围内，从而可以有效地避免机上电源瞬态电压出现尖峰和浪涌时，对机载光电稳定平台上各用电设备的损坏。

(二)在本发明中，浪涌抑制电路为各DC/DC变换电路的共用电路，与各DC/DC变换电路均配置浪涌抑制电路的现有技术中相比，本发明的体积、重量和成本大幅下降，很好地满足了机载光电稳定平台提出的小型化、轻量化的战技要求。

(三)由于本发明在进行直流电转换之前，先通过尖峰抑制电路和浪涌抑制电路对机上电源提供的+28V直流电进行了预稳压，限制了DC/DC变换电路输入端的电压变化范围，从而提高了DC/DC变换电路的输入电压品质，降低了对DC/DC变换电路的耐压要求。

附图说明

图1是现有技术中机载直流变换电源的原理框图。

图2是本发明机载预稳压直流变换电源的原理框图。

图3是本发明优选实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明优选实施例是为我国目前在研的某型直升机载光电稳定平台提供的一种小型预稳压直流变换电源。根据图2所示，该直流变换电源由尖峰抑制电路、浪涌抑制电路和多种直流/直流(简称DC/DC)变换电路构成。

根据图3所示，尖峰抑制电路的功能是，将机上电源尖峰电压稳定在低电压值范围内，以保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，达到抑制瞬态电压的目的。尖峰抑制电路由第一稳压二极管D1和第一滤波电路构成，第一稳压二极管D1为瞬态电压抑制管，即1.5KE90A型TVS管，其抑制电压为90V。第一滤波电路由串接的两个电容C1、C2组成，以增加第一滤波电路两端的耐压性，电容C1、C2的容值均为50V/47μF。第一稳压二极管D1的阴极接在机上电源正极，阳极接在机上电源地。第一滤波电路与TVS管D1并联，用于平滑TVS管D1两端600V的电压跳变，从而对TVS管D1进行保护。当机上电源正常供电时，TVS管D1不作用，机上电源电压被直接送入浪涌抑制电路；当供电瞬间发生600V/10us尖峰的的高能量冲击时，TVS管D1以极高的速度把机上电源两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收瞬间大电流，使尖峰抑制电路的两端电压箝制在90V并送入浪涌抑制电路。

浪涌抑制电路的功能是将机上电源的80V/50ms浪涌电压或尖峰发生瞬间尖峰抑制电路输出的90V/10us电压抑制到33V以内，以使DC/DC变换电路正常工作。浪涌抑制电路由分压电路，限流电阻R3，第二、第三稳压二极管D2、D3，金属氧化物半导体场效应晶体管VT1(简称MOS管)，由发光二极管和光敏三极管组成的光电耦合器IC1(简称光耦)，由电容C3构成的第二滤波电路组成。分压电路作为浪涌抑制电路的输入端且由两个分压电阻R1、R2构成，第二滤波电路作为浪涌抑制电路的输出端。尖峰抑制电路的输出正极同时接第一分压电阻R1和限流电阻R3的第一端；尖峰抑制电路的输出地接第二分压电阻R2的第一端、第三稳压二极管D3的阳极、光敏三极管的发射极、MOS管VT1的源极；第一和第二分压电阻R1、R2的第二端互接，该连接点同时和第三稳压二极管D3的阴极、MOS管的栅极、光敏三极管的集电极连接；限流电阻R3的第二端接发光二极管的阳极；发光二极管的阴极接第二稳压二极管D2的阴极；第二稳压二极管D2的阳极同时接MOS管VT1的漏极。在本优选实施例中，第一、第二分压电阻R1、R2均为10k欧姆，可将尖峰抑制电路输出的电压下降一半。第三稳压二极管D3选取0.5W/12V稳压管，第三稳压二极管D3可将两端电压稳定在12V左右。MOS管VT1选取型号为IRFP260，主要起开关作用，在栅极电压大于5V时，MOS管VT1导通，浪涌抑制电路输出被送入DC/DC输入端。光耦IC1选取型号为PC817，作为MOS管的栅极控制，在光耦IC1导通时，MOS管VT1的栅极电压降为0.6V，MOS管VT1关断，通向后级DC/DC变换电路的传输通路被中断。限流电阻R3为1k欧姆，主要限制流过发光二极管的电流，保证光耦IC1正常工作。第二稳压二极管D2选取0.5W/32V，该稳压管在其两端电压高于+32V时，将浪涌抑制电路的输出电压稳定在+32V。电容C3选取50V/47μF，在MOS管关断瞬间，将自身存储的能量释放给后级负载，使后级DC/DC变换电路的输入电压更稳定。

在机上电源稳态工作条件下，其供电范围在22V-32V之间，由于供电电压小于第二稳压二极管D2的工作电压32V，光耦IC1的发光二极管无电流流过而不发光，则光耦IC1的光敏三极管不导通，MOS管VT1的栅极电压为两个分压电阻R1、R2分压后的电压11V-16V，经过12V第三稳压管D3的稳压，MOS管VT1的栅极电压为11V-12V，MOS管VT1完全导通，机上电源电压直接输入到DC/DC变换电路。80V/50mS或90V/10us通过时，由第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、限流电阻R3、MOS管VT1、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、光耦IC1、电容C3组成串联线性稳压电路，将输出稳压在33V，光耦IC1发光二极管的压降为1V，最小工作电流为0.2mA；其工作原理如下：当80V/50mS或90V/10us通过时，由第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三稳压二极管D3组成的分压电路使MOS管VT1的栅极供电电压为12V，MOS管VT1导通，MOS管VT1导通使输出电压升高，当电压升高至33V时，使得加在第二稳压二极管D2上的电压超过了32V，第二稳压二极管D2将电压钳位在32V，使流过光耦IC1发光二极管一侧的电流增加，当电流超过0.2mA，发光二极管发光，驱动光耦IC1的光敏三极管导通，使MOS管VT1栅极电压降低，造成MOS管VT1不完全导通，使输出电压降低，这样一个负反馈过程使输出稳定在33V。

在本优选实施例中，DC/DC变换电路由INTERPOINT公司生产的三种DC/DC变换模块组成，其型号分别为MFL2805S、MHF+2812D、MTR2815D，上述三种DC/DC变换模块输入电压范围均为16V-40V，转换输出电压分别为+5V、±12V和±15V。浪涌抑制模块输出正端分别接此三种DC/DC变换模块的正端，浪涌抑制模块输出负端分别接此三种DC/DC变换模块的负端。在机上电源正常工作期间发生600V/10us尖峰及80V/50ms浪涌时，尖峰抑制电路及浪涌抑制电路将DC/DC变换模块输入电压稳定在33V，满足上述三种DC/DC变换模块的输入电压范围。

Claims (3)

1.一种机载预稳压直流变换电源，包括浪涌抑制电路和多个输出电压不同的DC/DC变换电路，其特征在于：还包括尖峰抑制电路，所述尖峰抑制电路和浪涌抑制电路同时并接在机载电源的正极和地之间，所述多个DC/DC变换电路均并接在浪涌抑制电路输出正极和地之间；所述尖峰抑制电路含有第一稳压二极管(D1)和第一滤波电路且两者并联；所述浪涌抑制电路包括分压电路、第二稳压二极管(D2)、第三稳压二极管(D3)、MOS管(VT1)、光耦(IC1)、限流电阻(R3)、第二滤波电路，分压电路作为浪涌抑制电路输入端，对所述尖峰抑制电路的输出进行分压，第二滤波电路作为浪涌抑制电路的输出端，光耦(IC1)的输入端阳极通过限流电阻(R3)接浪涌抑制电路输入端正极，光耦的输入端阴极串接第二稳压二极管(D2)后接MOS管(VT1)的漏极并同时接浪涌抑制电路的输出地，光耦(IC1)输出端发射极、第三稳压二极管(D3)的阳极和MOS管(VT1)的源极均接浪涌抑制电路的输入地，光耦(IC1)输出端集电极接MOS管(VT1)的栅极和第三稳压二极管(D3)的阴极且三者同时接分压电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的机载预稳压直流变换电源，其特征在于：所述的第一滤波电路由电容值均为47μF/50V的两个串接电容(C1、C2)构成，第二滤波电路选用容值为47μF/50V的电容器(C3)，所述分压电路由电阻值均为10k欧姆的两个串接电阻(R1、R2)构成。

3.根据权利要求1或2所述的机载预稳压直流变换电源，其特征在于：所述第一稳压二极管(D1)为瞬态电压抑制管，其抑制电压为90V，所述第第二稳压二极管(D2)、第三稳压二极管(D3)的稳压值分别为32V、12V，所述DC/DC变换电路为三个，其输出电压分别为+5V、±12V和±15V。