CN111436178A - 一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，所述驱动电路由Buck开关电源单元和电压/电流反馈环控制单元组成，其中，所述Buck开关电源单元的输入端接机上28VDC电源，所述Buck开关电源单元的输出端接飞机座舱照明设备，电压/电流反馈环控制电路的1路电压控制信号和1路电流控制信号分别与Buck开关电源单元相连，还有1路串行通信总线与MCU控制器相连。本发明的有益效果：电路工作时，MCU控制器通过电压/电流反馈环控制电路同步控制Buck开关电源的电压反馈环电路参数和电流反馈环电路参数，使得Buck开关电源的输出电压改变，并配置Buck开关电源的最大输出电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路。
背景技术
飞机座舱内具有照明功能的设备主要有飞机仪表、操纵控制板面板、指示/信号灯、座舱灯具（泛光灯、地板灯和阅读灯等）和显示器等。为了能使飞机座舱具有一个舒适的照明环境，以满足飞行员的视觉习惯。飞机座舱照明设备一般均具有亮度调节功能，而亮度调节是通过控制照明设备的驱动电路来实现，目前常用方法有两种：一是通过调节驱动电路的输出电压来实现；另一种是通过脉宽调试技术来控制驱动电路的开启时间来实现。不管采用哪种方式，为了照明系统的可靠和稳定，均需设计短路保护、过载保护、防静电和防过压等保护电路。座舱照明设备功率从几瓦到几百瓦不等，不同的照明设备就需要设计不同的驱动电路，目前功率较小的照明设备常采用三端稳压器；功率较大的照明设备一般采用电源模块；散热条件比较苛刻的照明设备一般采用脉宽调制驱动电路。但都有各自的缺点，如三端稳压器在输入输出电压差较大的场合效率太低；电源模块尺寸较大，设计不灵活；脉宽调制电路电磁兼容性差，保护电路较难设计等。随着电源技术的发展，开关电源技术日益成熟，许多半导体厂家也研发出了各种各样的开关电源控制器，依托这些开关电源控制器可以设计出不同需求的开关电源电路，有的开关电源电路转换效率高，有的开关电源电路尺寸小、重量轻，有的开关电源电路外围参数配置灵活，有的开关电源电路保护电路设计比较完善。因此，飞机座舱照明设备的驱动电路也越来越多的倾向于应用开关电源电路来设计。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的问题，提出一种新型的具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路。
本发明的技术方案是这样实现的：。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：采用Buck和Boost组合型开关电源拓扑结构，比普通的Buck开关电源的效率高，最大转换效率可达94%。电路具有输出电压范围和输出最大电流软件同步可调节，输入欠压保护门槛灵活可配置，电路工作开关频率200kHz～1MHz可设定，软启动时间可调节，功率器件过热检测，短路保护和静电防护等特点。电路由飞机28VDC供电，控制端接MCU控制器的串行通信总线（如SPI或I2C），输出端接飞机座舱直流照明负载。电路工作时，MCU控制器通过电压/电流反馈环控制电路同步控制Buck开关电源的电压反馈环电路参数和电流反馈环电路参数，使得Buck开关电源的输出电压改变，并配置Buck开关电源的最大输出电流。Buck开关电源输出电压的改变用来调节飞机座舱直流照明负载的照明亮度，配置Buck开关电源的最大输出电流可以使得Buck开关电源灵活适用于驱动不同大小的座舱直流照明负载。
附图说明
图1是本发明的具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路原理框图。
图2是本发明的具有电压/电流反馈环路的Buck开关电源电路原理框图。
图3是本发明的电压/电流反馈环控制电路图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1，为本发明的具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路原理框图，电路由Buck开关电源电路4和电压/电流反馈环控制电路3组成。Buck开关电源电路4输入端接飞机28VDC电源1，输出端与飞机座舱照明设备5相连；电压/电流反馈环控制电路3的1路电压控制信号和1路电流控制信号分别与Buck开关电源电路4相连，还有1路串行通信总线与MCU控制器2相连。
如图2，为本发明的本发明的具有电压/电流反馈环路的Buck开关电源电路原理框图，主要由开关电源控制器U1、上端开关场效应晶体管Q1、下端开关场效应晶体管Q2、电感L1、电容C1、欠压保护配置电路41、开关频率配置电路42、过热保护配置电路43、软启动配置电路44、电流反馈环电路45、电压反馈环电路46和输出静电防护器件D1组成。开关电源控制器U1为Buck开关电源电路的核心器件，U1会根据外围配置电路的参数来控制整个开关电源电路的工作状态。欠压保护配置电路41的一端接飞机28VDC电源，另一端接开关电源控制器U1的EN/UVLO端，用于检测飞机28VDC电源电压，当电压低于设计门限时，将由开关电源控制器U1切断开关电源Vout的输出。开关频率配置电路42接开关电源控制器U1的RT，用于配置开关电源电路的上端开关场效应晶体管Q1的开关频率。过热保护配置电路43接开关电源控制器U1的CTRL2，用于检测开关电源电路中功率器件周边的温度，当温度高于设定值时，将由开关电源控制器U1切断开关电源Vout的输出。软启动配置电路44接开关电源控制器U1的SS，用于设置开关电源电路的缓上电时间。电流反馈环电路45的1端接开关电源电路的输出，另一端接开关电源控制器U1的SENSE，用于实时检测开关电源电路的输出电流。开关电源控制器U1的CTRL1接电压/电流反馈环控制电路，用于调节开关电源电路Vout的最大输出电流。电压反馈环电路46的一端接开关电源电路的输出，一端接开关电源控制器U1的FB，用于实时检测开关电源电路的输出电压，其控制端Vadj接电压/电流反馈环控制电路，用于调节开关电源电路Vout的输出电压。上端场效应晶体管Q1、下端场效应晶体管Q2、电感L1和电容C5组成了Buck和Boost组合型拓扑结构开关电源，与普通的Buck电路相比，将续流二极管改成了下端下端场效应晶体管Q2，Q2与Q1通过开关电源控制器U1进行同步控制，当Q1开启时，Q2关闭；当Q1关闭时，Q2开启。这种开关电源结构可将普通Buck开关电源的续流二极管上的功耗降至最低，极大地提升了开关电源的转换效率。输出静电防护器件D1与开关电源短路的Vout端相连，用于释放Vout端可能串入的瞬时静电，保护开关电路安全。
如图3，为本发明的电压/电流反馈环控制电路图，由DAC转换器件U3、电容C12、电阻R10和电阻R11组成。电路用于接收MCU控制器通过SPI通信接口发送的电压和电流调节数据，然后将数据转化成电压信号给Buck开关电源电路，来调节Buck开关电源电路的输出电压和最大输出电流。DAC转换器件U3采用5VDC供电，含有4通道14位轨到轨数模转换器，DAC转换器件U3其中两个通道的VoutA和VoutB分别接Buck开关电源电路的电流调节端Iadj和电压调节端Vadj，另外两个通道VoutC和VoutD分别接电阻R10和电阻R11为预留备用通道，DAC转换器件U3的DIN端、SCLK端和SYNC端分别接MCU控制器的SPI通信接口SPI_SIMO端、SPI_CLK端和DAC_CS端，DAC转换器件U3的REFIN端和GND端接一个电容C12用于参考电源的滤波和储能。
在本实施例中，开关电源控制器U1选用LT3741IFE，场效应晶体管Q1和Q2选用GMFN06T，电感L1选用GSPF1365-220M，电容C5为100uF，TVS管D1选用SMBJ33A，DAC转换器U3选用AD5324BRM，电阻R10和R11选用阻值为10k欧姆，电容C12为10uF。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述驱动电路由Buck开关电源单元和电压/电流反馈环控制单元组成，其中，所述Buck开关电源单元的输入端接机上28VDC电源，所述Buck开关电源单元的输出端接飞机座舱照明设备，电压/电流反馈环控制电路的1路电压控制信号和1路电流控制信号分别与Buck开关电源单元相连，还有1路串行通信总线与MCU控制器相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述Buck开关电源单元由开关电源控制器U1、上端开关场效应晶体管Q1、下端开关场效应晶体管Q2、电感L1、电容C1、欠压保护配置单元、开关频率配置单元、过热保护配置单元、软启动配置单元、电流反馈环单元、电压反馈环单元和输出静电防护器件D1组成，所述上端场效应晶体管Q1、所述下端场效应晶体管Q2、所述电感L1和所述电容C5共同组成Buck和Boost组合型拓扑结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述开关电源控制器U1的CTRL1接所述电压/电流反馈环控制电路，用于调节所述Buck开关电源单元的最大输出电流。
4.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述电压反馈环单元的第一端接所述Buck开关电源单元的输出端，所述电压反馈环单元的第二端接所述开关电源控制器U1的FB，用于实时检测开关电源电路的输出电压，所述电压反馈环单元的控制端接所述电压/电流反馈环控制单元，用于调节所述Buck开关电源单元的输出电压。
5.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述欠压保护配置单元的第一端接所述机上28VDC电源，所述欠压保护配置单元的第二端接所述开关电源控制器U1的EN/UVLO端，用于检测所述机上28VDC电源的电压情形，若所述机上28VDC电源的实际电压低于设计门限时，所述开关电源控制器U1切断所述Buck开关电源单元的输出。
6.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述开关频率配置单元接所述开关电源控制器U1的RT，用于配置所述上端开关场效应晶体管Q1的开关频率。
7.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述过热保护配置单元接所述开关电源控制器U1的CTRL2，用于检测开关电源电路中功率器件周边的温度，若周边温度高于设定值时，所述开关电源控制器U1切断所述Buck开关电源单元的输出。
8.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述软启动配置单元接所述开关电源控制器U1的SS，用于设置开关电源电路的缓上电时间。
9.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述电流反馈环单元的1端接开关电源电路的输出，另一端接开关电源控制器U1的SENSE，用于实时检测开关电源电路的输出电流。
10.根据权利要求2所述的一种具有双环同步控制功能的飞机座舱照明设备驱动电路，其特征在于，所述电压/电流反馈环控制单元由DAC转换器件U3、电容C12、电阻R10和电阻R11组成。
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