CN112072910A - 一种满足国军标机载设备的小功率电源 - Google Patents

一种满足国军标机载设备的小功率电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种满足国军标机载设备的小功率电源，输入电压+28V经过了防护电路、滤波电路、浪涌抑制电路、DC‑DC功率转换电路和电源芯片进行输出电源的配置，经过浪涌抑制后，28V电压分为三路，一路经升压电路升压后为钽电容进行储能，保证电源掉电后50ms正常工作，其中一路直接输出28V作为背光、离散量电源，一路经DC/DC模块转换为+5V，选用的电源模块输入电压范围9V‑36V，具有过流短路保护功能，输入、输出、输入输出相互隔离，转换效率高，工作温度范围宽，输出电压纹波小，可靠性高，+5V电压经电源转换芯片LM22675QMR‑ADJ转为‑5V电压输出，本方案电路设计精简，功能齐全；可靠性强、功耗低、抗干扰能力强，结构设计稳定、可靠；元器件选用100%国产化。

Description

一种满足国军标机载设备的小功率电源
技术领域
本发明涉及航空领域，尤其涉及一种满足国军标机载设备的小功率电源。
背景技术
飞机上搭载的大量机载电子设备均需机载电源系统提供稳定可靠的电源，机载电源系统的稳定性直接影响到机载设备的工作状态和飞行安全。作为供电的电源电路在整机中是相当重要的。它的性能良好与否直接影响到整个电子产品的稳定性、可靠性和精度。随着电子技术的飞速发展，电源技术也得到了很大的发展，它从过去不太复杂的电子电路变为今日的具有较强功能的功能模块。电压稳定的方式，也由传统的线性稳压发展到今天的非线性式稳压，电源电路就由简单变得复杂。电源技术正从过去依附于其他电子设备的状态，逐渐演变成为一个独立学科分支。
如何使机载设备满足飞机电源供电特性的要求，并使飞机供电系统和机载电子设备之间能够协调、可靠地工作是机载电子设备必备的要求。随着航电系统的发展，电子系统迅速升级，网络结构越来越复杂，显示控制系统与任务系统设备之间的数据需要高效传输，电源模块是必不可少的，只有电源的高效支持，各个设备之间才可以更加快速有效的完成数据交互，本发明主要就是为多功能显示器相关系列产品进行电源处理和转换供电，根据适航指标要求，设计具有防雷电、防浪涌、过压、过流保护以及欠压续流等功能的机载直流电源。
机载直流电源要求将发动机的正常电压28VDC，转化为航电设备常用的5VDC与3.3VDC，电源额定功率28W，具有防雷、防浪涌、过压、过流保护以及欠压续流等功能，在飞机发电机供电从22V到32.2V之间均能正常工作。
机载直流电源总体设计，包括用于机载直流电源电路在受到雷电袭击时，迅速稳压、移掉大部分浪涌能量的防雷电电路，用于对电路中的高频干扰信号进行滤除的电源EMI滤波电路，用于对机载直流电源限压限流的具有防浪涌、过压以及过流的电压保护器电路以及用于将发电机发送过来的直流28V电压转换成航电设备常用直流稳压电源而具有防瞬态中断的电源稳压电路，总体设计如图1所示。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种效果更好的型满足国军标机载设备的小功率电源。
所述满足国军标机载设备的小功率电源，输入电压+28V经过了防护电路、滤波电路、浪涌抑制电路、DC-DC功率转换电路和电源芯片进行输出电源的配置，经过浪涌抑制后，28V电压分为三路，一路经升压电路升压后为钽电容进行储能，保证电源掉电后50ms正常工作，其中一路直接输出28V作为背光、离散量电源，一路经DC/DC模块转换为+5V，选用的电源模块输入电压范围9V-36V，具有过流短路保护功能，输入、输出、输入输出相互隔离，转换效率高，工作温度范围宽，输出电压纹波小，可靠性高，+5V电压经电源转换芯片LM22675QMR-ADJ转为-5V电压输出。
主电源（28V工作电源）回路主要通过TVS管与浪涌抑制器进行尖峰防护，在加热28V端与照明电源端采用TVS管与可恢复的过流保护器件进行尖峰防护，在主电源输入端28V与28VGND间增加TVS管，输入电压出现电压尖峰时，TVS管瞬间被击穿将输入电压钳位于一定的电压，此外，电路设计增加了浪涌抑制器具有出色的尖峰电压吸收的能力，在加热28V端与照明电源端采用TVS管及过流保护器件，当由外部施加电压过大导致电流增大时，过流保护器件自动断开保证后端电路的工作安全。
浪涌抑制模块8~45V宽电源输入范围，额定工作电流下能承受80V/100ms或100V/50ms的浪涌冲击，过压浪涌时可以将输出电压钳位至36V，欠压浪涌发生时输出电压跟随输入电压，良好的单向通过性，连续导通时仅损耗50mV/A的压降。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例一种满足国军标机载设备的小功率电源，电路设计精简，功能齐全；可靠性强、功耗低、抗干扰能力强 ，结构设计稳定、可靠；元器件选用100%国产化。
附图说明
图1是现有技术设计图；
图2是本发明实施例电源模块原理框图；
图3是本发明实施例电压尖峰防护设计。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例满足国军标机载设备的小功率电源，输入电压+28V经过了防护电路、滤波电路、浪涌抑制电路、DC-DC功率转换电路和电源芯片进行输出电源的配置，经过浪涌抑制后，28V电压分为三路，一路经升压电路升压后为钽电容进行储能，保证电源掉电后50ms正常工作，其中一路直接输出28V作为背光、离散量电源，一路经DC/DC模块转换为+5V，选用的电源模块输入电压范围9V-36V，具有过流短路保护功能，输入、输出、输入输出相互隔离，转换效率高，工作温度范围宽，输出电压纹波小，可靠性高，+5V电压经电源转换芯片LM22675QMR-ADJ转为-5V电压输出。主电源（28V工作电源）回路主要通过TVS管与浪涌抑制器进行尖峰防护，在加热28V端与照明电源端采用TVS管与可恢复的过流保护器件进行尖峰防护，在主电源输入端28V与28VGND间增加TVS管，输入电压出现电压尖峰时，TVS管瞬间被击穿将输入电压钳位于一定的电压，此外，电路设计增加了浪涌抑制器具有出色的尖峰电压吸收的能力，在加热28V端与照明电源端采用TVS管及过流保护器件，当由外部施加电压过大导致电流增大时，过流保护器件自动断开保证后端电路的工作安全。浪涌抑制模块8~45V宽电源输入范围，额定工作电流下能承受80V/100ms或100V/50ms的浪涌冲击，过压浪涌时可以将输出电压钳位至36V，欠压浪涌发生时输出电压跟随输入电压，良好的单向通过性，连续导通时仅损耗50mV/A的压降。
当电路上电正常工作时，进行RC充电电路钽电容储能，当输出电压欠压时时通过钽电容放电维持掉电保护。经过综合评估钽电容选用63V/12000uF。设计中通过多功能显示单元总电流预计为1.5A，电源模块效率按80%计算，负载电阻Rx约为0.74Ω，放电电压计算公式如公式（1）所示，放电时间τ计算公式如公式（2）所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
……………………………(1)
Figure DEST_PATH_IMAGE004
………………………(2)
式中：Vt--任意时刻储能电容C两端的电压；
常温条件下E=36V，Vt=18V，C=12000uF，代入公式可得放电时间τ≈171ms；
低温条件下，根据电容随温度变化曲线，低温条件下电容容值较常温容值下降30%，E=36V，Vt=18V，C=8400uF，代入公式可得放电时间τ≈120ms，故完全满足综合处理显示单元掉电50ms正常工作的要求。
5.供电中断以电启动设计
综合处理显示单元电源模块采用瞬态电压抑制二极管，最大反向电压45V，击穿电压50V，可承受最大峰值脉冲功率3000W。
滤波器采用直流电源滤波器，最大输入电压范围0～100V，其放置于TVS管的后端，可以正常工作。
浪涌抑制器，额定工作电流3A，可承受80V/100ms或100V/50ms浪涌冲击，宽电源输入范围8V～45V，输出电压最大36V，具有尖峰浪涌吸收能力。
DC/DC功率转换模块输入电压范围9V～36V，输出电压5V，具有输出过流、短路保护功能，输入、输出相互隔离，转换效率高，工作温度范围宽，输出电压纹波小，可靠性高。
宽输入电压范围设计可以满足席位显示器在正常电压畸变、应急工作、非正常电压稳态及正常工作稳态电压条件下正常工作。
电磁兼容设计
电源板执行GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》指标要求。设计中，应将干扰源和干扰受体尽量隔离，消除干扰的耦合途径，同时尽量降低干扰源的辐射，提高干扰受体的抗干扰能力。
电磁兼容性设计从设计阶段开始，贯穿于电路原理图设计、印制板图设绘、元器件选用、印制板安装引线等一系列环节中，主要采用了下列措施：
1)电源输入前端设计有滤波器，滤波器产品体积小、滤波性能优异，在100kHz~30MHz范围内具有优异的滤波效果，较高的插入损耗，在50KHz不低于60dB，1MHz不低于50dB，对电路输入的共模和差模干扰有较强的抑制能力，从而提高电磁兼容性能。
2)电源管理部分电路在布线时尽量减少环路面积，减少回路自感产生的耦合，同时在电源入口增加滤波，针对系统内主要的频率段进行滤波设计。在各个高频器件的电源管脚增加相应的去耦电容。
3)使用多层印制电路板。这样可从结构上获得理想的屏蔽效果，以中间层作电源线或地线，将电源线密封在板内，两面做绝缘处理，可使流经上下面的开关电流彼此不影响；印制板内层做成大面积的导电区，各导线面之间有很大的静电电容，形成阻抗极低的供电线路，可有效预防电路板辐射和接收噪声。
4)印制电路板采用“满接地”，把电路板上没被占用的所有面积都作为接地线，使器件更好地就近接地。这样可以有效降低寄生电感，同时，大面积的地线能有力减少噪声辐射。
5)布线密度应综合结构及电性能要求等合理选取，力求布线简单、均匀；导线最小宽度和间距满足3W原则，布线密度允许时，适当加宽印制导线及其间距。
6)电路中的主要信号线汇集于板中央，力求靠近地线，对主要或高频信号地线包围它，同时使信号线、信号回路线所形成的环路面积要最小。
7)相邻布线面导线采取相互垂直、斜交或弯曲走线的形式，以减小寄生耦合高频信号导线不平行走线，以免发生信号反馈或串扰，同时两条平行线间增设一条地线。
在线路终端和始端接入阻抗匹配电阻，可消除干扰。当印制导线较长时，线路电感会导致减幅振荡，串入阻尼电阻，可抑制振荡，增强抗干扰能力，改善波形。
本发明实施例一种满足国军标机载设备的小功率电源，电路设计精简，功能齐全；可靠性强、功耗低、抗干扰能力强 ，结构设计稳定、可靠；元器件选用100%国产化。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种满足国军标机载设备的小功率电源，其特征在于：输入电压+28V经过了防护电路、滤波电路、浪涌抑制电路、DC-DC功率转换电路和电源芯片进行输出电源的配置，经过浪涌抑制后，28V电压分为三路，一路经升压电路升压后为钽电容进行储能，保证电源掉电后50ms正常工作，其中一路直接输出28V作为背光、离散量电源，一路经DC/DC模块转换为+5V，选用的电源模块输入电压范围9V-36V，具有过流短路保护功能，输入、输出、输入输出相互隔离，转换效率高，工作温度范围宽，输出电压纹波小，可靠性高，+5V电压经电源转换芯片LM22675QMR-ADJ转为-5V电压输出。
2.如权利要求1所述的满足国军标机载设备的小功率电源，其特征在于，主电源（28V工作电源）回路主要通过TVS管与浪涌抑制器进行尖峰防护，在加热28V端与照明电源端采用TVS管与可恢复的过流保护器件进行尖峰防护，在主电源输入端28V与28VGND间增加TVS管，输入电压出现电压尖峰时，TVS管瞬间被击穿将输入电压钳位于一定的电压，此外，电路设计增加了浪涌抑制器具有出色的尖峰电压吸收的能力，在加热28V端与照明电源端采用TVS管及过流保护器件，当由外部施加电压过大导致电流增大时，过流保护器件自动断开保证后端电路的工作安全。
3.如权利要求2所述的满足国军标机载设备的小功率电源，其特征在于，浪涌抑制模块8~45V宽电源输入范围，额定工作电流下能承受80V/100ms或100V/50ms的浪涌冲击，过压浪涌时可以将输出电压钳位至36V，欠压浪涌发生时输出电压跟随输入电压，良好的单向通过性，连续导通时仅损耗50mV/A的压降。
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