CN109510448A - 一种航空变换器的浪涌抑制电路 - Google Patents

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李阳
李凯峰
孟宪腾
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Abstract

本发明涉及一种航空变换器的浪涌抑制电路，由滤波电路、采样反馈电路、电压调节电路和驱动电路组成，浪涌抑制电路一端连接输入电源，另一端连接用电设备，它的主要功能抑制输入电源出现的短时浪涌电压，保证用电设备输入电压在允许范围内。本发明的电路，电路结构简单、器件少、可靠性高，可快速有效将输入侧直流浪涌电压抑制到可允许的范围内，保护其后端电路。

Description

一种航空变换器的浪涌抑制电路
技术领域
本发明涉及航空电气输入电源特性，属于电气安全领域。具体涉及一种航空直流输入浪涌抑制电路。
背景技术
随着多电飞机概念的提出，机载电子设备越来越多，电气化程度越来越多。由于这些电子设备在正常输入电压范围内才可以正常工作，所以当输入电压发生浪涌等情况时会给电子设备带来危害。该浪涌电压发生于发动引擎，瞬变大功率负载如突卸或突加负载引起的汇流条电压短时升高或降低而产生的过压浪涌(80V/50ms)。该电压会远远超过电子设备正常工作电压范围。当浪涌发生时，如果没有相应保护措施的话，电子设备会损坏，造成系统丧失功能。
工业界的浪涌抑制一般采用浪涌抑制芯片及相关外围电路组成，使用芯片搭建的浪涌抑制电路图如图1所示。但工业用浪涌芯片温度等级为-40℃～85℃，不能满足机载设备-55℃～125℃应用等级。
发明内容
本发明的目的：
本发明的目的是为航空直流输入变换器浪涌提供一种信号采集及浪涌抑制的电路，以解决航空直流输入变换器中无浪涌抑制保护的问题。
本发明采取的技术方案为：
一种航空变换器的浪涌抑制电路，由滤波电路、采样反馈电路、电压调节电路和驱动电路组成；
其中，滤波电路由两支电解电容C2、C3组成，并联接在输入电源Vin和GND两端；
电压调节电路由两支NPN型三极管V2、V3和一支限流电阻R2组成，三极管V2基极与采样反馈电路采样端相接，三极管V2发射极与输入地相接，三极管V2集电极通过限流电阻R2与输入电源Vin相接同时与三极管V3的基极相接；
采样反馈电路，通过非隔离型采样电路，将输出电压分压，得到基准电压值Vref，具体由电阻R5和R8实现，电阻R5和R8公共端为分压得到的参考电压Vref，电阻R5另一端与浪涌抑制电路的输出FAN+相接，电阻R8另一端与GND相接；
驱动电路由两支分压电阻R3、R6和一支PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1组成，电阻R3和R6的公共端与PMOS管V1的栅极相接，电阻R3另一端与输入电源Vin及PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1漏极相接，电阻R6另一端与三极管V3的集电极相接，PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1源极与浪涌抑制电路的输出FAN+相接，输入电源Vin通过电阻R3和电阻R6分压来控制V1的导通和关断，最终将V1源极电压钳位在可允许的范围内。
其特征在于，阀值调节电阻R5和R8为分压电阻对，Vref＝VFAN+×R8/(R5+R8)，通过调节阀值调节电阻R5和R8之间的比例以获得期望浪涌抑制电压；PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1栅极电阻R3和R6为分压电阻对，VG＝Vin×R6/(R6+R3)，通过调节电阻R3和R6之间的比例可获得PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1理想栅极电压。
其特征在于，分压电阻对中R3＝R6＝R2。
其特征在于，所述V1源极电压钳位在可允许的范围为不大于31V。
本发明的有益效果：
本发明的航空直流输入变换器浪涌抑制电路，选用非隔离型电阻分压采样形式，可快速将输入电压信息传递至反馈回路中；通过浪涌抑制电路中采样电阻的设计，可实现精准浪涌电压抑制。
附图说明
图1为传统芯片搭建的浪涌抑制电路
图2为供电系统中浪涌抑制电路框图
图3为浪涌抑制电路原理图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
图2为浪涌抑制电路功能框图，浪涌抑制电路一端连接输入电源，另一端连接用电设备，它的主要功能抑制输入电源出现的短时浪涌电压，保证用电设备输入电压在允许范围内。
图3为浪涌抑制电路原理图，输入电压通过R3和R6电阻分压来控制PMOS管的导通和关断，最终将PMOS漏极电压钳位在可允许的范围内。当输入电压值低于预先设置电压值时，浪涌抑制电路输出电压通过R5和R6分压得到的Vref不足以使三极管V2导通，此时输入电压Vin通过限流电阻R2接至三极管V3基极，而使三极管V3导通。输入电压Vin通过R3、R6和V3与地形成回路，此时通过分压将PMOS管V1栅级电压抬升至Vin×R6+RV3/(R6+R3+RV3)，由于Vin×R6+RV3/(R6+R3+RV3)＜Vin，所以PMOS管导通，PMOS管工作在开关状态。
在该工作模式下，用电设备输入电压Vin将与直流母线电压存在差异，即用电设备输入端电压为直流母线电压去掉浪涌抑制电路中的PMOS管压降。该压降大小完全取决于用电负载电流和PMOS管导通电阻。
当供电电源因发动引擎、瞬变负载等，如突卸或突加负载会引起发电机汇流条电压短时抬高时，将会触发过压浪涌抑制电路功能，此时用电设备输入端电压将会被抑制在预先设定的电压值，直到短时浪涌电压消失。即当输入电压Vin大于预先设置电压值时，浪涌抑制电路输出电压通过R5和R6分压得到的Vref将会使三极管V2导通，三极管V3的基极将被下拉至地，即三极管V3将会关闭，由于PMOS管V1栅源两端电压相等而不能使V1导通，所以PMOS处于关断状态，关断后输出电压会降低，当降低至基准电压以下时PMOS管V1又会开通，在负反馈机制下，最终使PMOS管V1工作至线性区,使三极管V2处于饱和区，三极管V3处于线性区。
在该工作模型下，超过电压设定值以外的输入浪涌电压将完全加在PMOS管上，即VPMOS＝VIN-VSET
本发明的航空直流输入变换器电压浪涌抑制电路，主要针对28V额定输入小功率变换器浪涌抑制，它的优点是只需要电阻、PMOS管和三极管等少量元器件且只需要匹配阀值调节电阻R5和R8即可完成限压点的调试。缺点是由于将过压浪涌能量转化为热能消耗掉，所以浪涌发生时PMOS管功耗较大。该电路只能应用于小功率变换器的浪涌抑制。

Claims (4)

1.一种航空变换器的浪涌抑制电路，由滤波电路、采样反馈电路、电压调节电路和驱动电路组成；
其中，滤波电路由两支电解电容C2、C3组成，并联接在输入电源Vin和GND两端；
电压调节电路由两支NPN型三极管V2、V3和一支限流电阻R2组成，三极管V2基极与采样反馈电路采样端相接，三极管V2发射极与输入地相接，三极管V2集电极通过限流电阻R2与输入电源Vin相接同时与三极管V3的基极相接；
采样反馈电路，通过非隔离型采样电路，将输出电压分压，得到基准电压值Vref，具体由电阻R5和R8实现，电阻R5和R8公共端为分压得到的参考电压Vref，电阻R5另一端与浪涌抑制电路的输出FAN+相接，电阻R8另一端与GND相接；
驱动电路由两支分压电阻R3、R6和一支PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1组成，电阻R3和R6的公共端与PMOS管V1的栅极相接，电阻R3另一端与输入电源Vin及PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1漏极相接，电阻R6另一端与三极管V3的集电极相接，PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1源极与浪涌抑制电路的输出FAN+相接，输入电源Vin通过电阻R3和电阻R6分压来控制V1的导通和关断，最终将V1源极电压钳位在可允许的范围内。
2.如权利要求1所述的一种航空变换器的浪涌抑制电路，其特征在于，阀值调节电阻R5和R8为分压电阻对，Vref＝VFAN+×R8/(R5+R8)，通过调节阀值调节电阻R5和R8之间的比例以获得期望浪涌抑制电压；PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1栅极电阻R3和R6为分压电阻对，VG＝Vin×R6/(R6+R3)，通过调节电阻R3和R6之间的比例可获得PMOS金属氧化物半导体场效应晶体管V1理想栅极电压。
3.如权利要求2所述的一种航空变换器的浪涌抑制电路，其特征在于，分压电阻对中R3＝R6＝R2。
4.如权利要求3所述的一种航空变换器的浪涌抑制电路，其特征在于，所述V1源极电压钳位在可允许的范围为不大于31V。
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