CN109842166A - 一种机载计算机电源储能电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机载计算机电源领域，特别是涉及一种电源储能电路。所述的电路包括充电限流电路和储能电容，充电限流电路设置有主28V和36V双路充电，经限流处理后向储能电容充电。提供一种适用于机载计算机电源的储能电路，可满足新型军用标准关于启动冲击电流和连续掉电、低压掉电的严苛要求，进一步提供可提高器件复用率和器件降额水平的储能电路。
Description
在技术领域
本发明属于机载计算机电源领域，特别是涉及一种电源储能电路。
背景技术
机载用电设备需满足相应供电特性军用标准的要求，如GJB 181-86或是 GJB181A-2003等。中断试验是供电特性中的一项，具体要求是当供电电源发生相应的中断时，用电设备应满足其规范的要求。大部分机载计算机产品因其工作特性对于中断试验的要求为试验全过程中产品正常工作，不发生复位、死机等故障现象。这要求计算机电源中必须设置储能电路，其核心器件就是储能电容，通过外置的充放电控制电路，正常工作时对储能电容充电存储能量，中断发生后，储能电容放电，维持电源保持输出不变，保障产品的正常工作。
随着飞机供电系统的发展，不少新型号飞机已经发布了专用的供电特性标准要求，并给出了详细的试验方法。这对于机载计算机产品的电源提出了新的更加严苛的要求。
传统的供电特性标准，仅列出了供电特性曲线的包络线或典型值，具体的试验都是按照该包络线或典型值进行。比如28V低压直流供电，其中断试验的要求为28V掉电50ms，试验就是在28V的供电环境下掉电50ms，每次试验间隔为1min，然后考核计算机产品能否正常工作。新型号飞机专用供电特性的试验方法在标准的基础上给予详细的量化，如中断试验就要求分别在正常稳态电压下限(NLSS)22V和正常高稳态电压上限(NHSS)29V电压下分别掉电50ms，每次时间间隔5s，同时还增加了28V下间隔0.5s连续3次掉电50ms的要求，均要求产品正常工作。
传统的电源储能电路无法满足上述要求，在22V掉电或是28V连续掉电过程中，极易出现复位、死机等现象，而且储能电容的充电过程给系统带来的很大的启动冲击电流。部分电路对充放电过程进行了分时控制，但是电路复杂，器件数量多，充电放电电路分别工作，器件复用率低。
鉴于现有电路局限性和缺陷性，本发明人针对现有技术深入研究，并有本案产生。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种适用于机载计算机电源的储能电路，可满足新型军用标准关于启动冲击电流和连续掉电、低压掉电的严苛要求，进一步提供可提高器件复用率和器件降额水平的储能电路。
本发明的技术方案：一种机载计算机电源储能电路，其特征为：所述的电路包括充电限流电路和储能电容，充电限流电路设置有主28V和36V双路充电，经限流处理后向储能电容充电。
优选地，所述的电路还包括放电开关，所述的放电开关包括体二极管，在放电开关关闭状态下，通过体二极管充电，功率转换电路与供电电路中的28V 电源连接。
优选地，限流电路中的限流电阻使用火工品系列耐冲击功率电阻。
本发明的有益效果：双路充电能够保证系统在连续掉电和低压掉电条件下均能够实现高效快速充电，满足新型飞机供电特性中掉电保持要求。
附图说明
图1为电路原理图。
图2为电容充放电合并示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种机载计算机电源的储能电路，其基本要求是：首先充电速度要快，满足5s甚至0.5s的试验间隔，同时不能带来较大的冲击电流；其次为满足22V掉电50ms的新要求，需提高储能电容的储存能量，其解决途径为提高电容容值或是提高电压，电容容值的增大会带来电容体积和重量指标的增加，成本也大大提高，而提高电容的充电电压可以充分利用电容的耐压提高储存能量，使用外部高压充电，从而满足低压22V掉电的要求；最后，还需要根据机载产品“小、低、轻”的特点，尽量降低产品体积重量，缩减产品数量，提高产品可靠性。据此提出电源储能电路的原理框图如图1所示。
一种机载计算机电源的储能电路，该电路包括：充电限流电路、限幅放电电路、放电控制电路、储能电容、放电开关，其中，
充电限流电路实现储能电容的充电和限流，电路通过28V主供电以及36V 辅助供电的共同作用，保证电源在充电速度的情况下不给系统带来较大的启动冲击电流；
限幅放电电路保证储能电容的电压不超标，并设置了电容放电电阻，保证下电后储能电容放电完全，电容电压清零；放电控制电路对外部电压进行监测，欠压后发出掉电信号，驱动放电开关导通，向供电回路放电；
为降低产品体积重量，电路创造性的中将充电限流电路的导向二极管与放电开关集成，利用放电开关的体二极管来进行充电，提高器件复用率，而且体二极管的大功率电流能力提高了器件降额水平，可靠性显著提升。
具体实施细节如下：
1.充电限流电路
充电限流电路对储能电容进行充电并限流，供电电路向储能电路提供两路输入，28V主供电支路，通过设定合理的限流电阻，既能够将储能电容迅速抬升到较高的电平，同时也保证系统对于启动冲击电流的要求；而36V则是电源内部高压电压，其带载能力较弱，目的就是供电电压较低(22V)时，将储能电容电压进一步抬升，满足低压掉电的要求。28V供电电源为主供电支路，迅速将电容电压抬升到较高的水平，但是随之而来的就是很大的冲击电流，如果该支路没有限流电阻，即使假定供电线路的等效电阻约为0.5Ω，充电瞬间的峰值冲击电流也高达56A，这极有可能烧坏电源的前端电路，造成产品故障。飞机型号专用规范中也对冲击电流做了明确要求，不能超过额定工作电流的5倍。这就要求限流电阻必须在合适的范围内，阻值太大充电速度跟不上，无法满足掉电的要求；若阻值太小又可能带来很大的冲击电流。储能电路的储能电容由后端的负载功率决定，对于50W左右的用电设备来说，应选择50V耐压，容值为10000uF的高密度电容，这样可以保证28V掉电50ms的基本要求。为满足28V下间隔0.5s连续3次掉电50ms的要求，电容需在0.5的间隔时间内完成充电，据此选择10Ω左右的限流电阻，保证储能电容0.5s可以充电到26.7V，同时对系统的最大冲击电流仅有2.8A，完全可以满足系统28V下间隔0.5s连续3次掉电50ms的要求。该限流电阻需选择火工品系列耐冲击功率电阻，这种电阻常规功率为1W，但是其具有很高的瞬时大功率耐受特性，可以通过 120W/200ms或12W/5s的大浪用电流冲击，满足短时间大电流冲击的要求。
针对飞机供电特性中22V掉电50ms的要求，因供电电压较低，无法对储能电容电压做更高的抬升，电容无法维持输出50ms。这里引入36V供电支路，在中断的5s间隔内，28V供电支路(电压为22V)在开始的0.5s内将储能电容电压迅速抬升到了21.1V，随后36V以72mA(限流电阻0.5KΩ)的初始速度在 4.5s内将储能电容电压从21.1V抬升到了27.5V，这样即使从22V掉电，仍然可以满足系统掉电50ms的要求。通过利用电源内部的36V，在没有增大电容耐压和容值的情况下，巧妙的实现了低压掉电的要求，降低了储能电容的体积和重量，提高了产品的可靠性。
2.限幅放电电路
限幅放电电路主要作用包括2个：限制储能电容的最高电压，下电后对储能电容放电清零。为满足系统的充电速度，电源使用36V电源进行充电，在储能电容50V耐压的条件下，这会导致电压降额不足，通过限幅电路，储能电容电压最高30V，既可以满足降额要求，还可以满足充电速度的要求。放电电路主要在储能电容并联大阻值放电电阻，正常工作时该放电电阻不影响电容的能量存储，下电后储能电容的残余能量通过放电电阻释放清零，保证产品的安全。
3.放电控制电路
储能电路中还设置了放电开关，通过监测外部供电，决定是否将对储能电容放电。当输入电压高于供电范围下限(例如18V),则关闭放电开关，储能电容处于充电模式，迅速储存能量；当输入电压低于18V后，则认为外部供电发生中断，迅速打开放电开关，储能电容放电给功率转换电路，维持系统的正常工作。
4.放电场效应管与充电二极管的集成
电路的充电电路和放电回路各自工作，充电时不放电，放电时不充电，电路利用率低。本发明创造性使用P沟道MOSFET(简称“PMOS”)作为放电场效应管，并利用PMOS的体二极管倒置用做28V充电的导向二极管，在充电的过程中，PMOS型放电开关V1关闭，充电电路通过体二极管和电阻R4充电。若电路检测到供电电源掉电，则通过V5的导通来对R1和R2分压，进而PMOS 管V1导通，储能电容能量通过V4的导向迅速向供电干路回馈，维持系统的掉电工作。这样将充放电电路合并，同一电路在不同的工作模式下分别实现充电和放电，提高了器件复用率，降低了器件数量，而且PMOS的体二极管额定工作电流可达11A，完全满足充电电流的浪涌要求，电流降额充分，提高了器件可靠性。另外，常规的N沟道MOSET控制需要外接高电压辅助电源或电荷泵来驱动管子的开通，电路复杂，而PMOS控制简单，在其栅极和源极设置2个分压电阻即可控制电路的放电，而且放电充分，沟道在放电过程中几乎没有压降。电路中充放电合并示意图见附图2。
本发明所在电源产品已经成功应用于某型核心分机控制器产品中，完成了新型号飞机专用供电特性的试验，性能良好。该电路通用性强，可以扩展到所有机载航电用电设备中，具有良好的应用前景。
Claims (3)
1.一种机载计算机电源储能电路，其特征为：所述的电路包括充电限流电路和储能电容，充电限流电路设置有主28V和36V双路充电，经限流处理后向储能电容充电。
2.根据权利要求1所述的一种机载计算机电源储能电路，其特征为：所述的电路还包括放电开关，所述的放电开关包括体二极管，在放电开关关闭状态下，通过体二极管充电，功率转换电路与供电电路中的28V电源连接。
3.根据权利要求1所述的一种机载计算机电源储能电路，其特征为：限流电路中的限流电阻使用火工品系列耐冲击功率电阻。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201711212053.XA CN109842166A (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 一种机载计算机电源储能电路 |
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| CN201711212053.XA CN109842166A (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 一种机载计算机电源储能电路 |
Publications (1)
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| CN201711212053.XA Pending CN109842166A (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 一种机载计算机电源储能电路 |
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| CN (1) | CN109842166A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101228681A (zh) * | 2005-07-19 | 2008-07-23 | 凌特公司 | 具有集成的理想二极管功能的双输入直流-直流转换器 |
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2017
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Patent Citations (1)
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