CN114362118A

CN114362118A - 一种28v过压浪涌抑制电路

Info

Publication number: CN114362118A
Application number: CN202111310225.3A
Authority: CN
Inventors: 陈建新; 韦清瀚; 刘岩; 吴庭宇; 孟宪腾
Original assignee: Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明属于电源技术领域，是一种28V过压浪涌抑制电路。包括场效应晶体管、稳压管、线性光耦、精密稳压源、滤波电容、分压电阻、积分电容和限流电阻。所述28V过压浪涌抑制电路能够在28V输入端发生过压浪涌时，利用场效应晶体管不完全导通时导通阻抗不同，调节场效应晶体管栅极和漏极两端电压，达到调节场效应晶体源级和漏极两端电压的目的，进而保证了输出电压的稳定性；本发明设计合理，体积小，使用元器件少，且所用器件均为常规场效应晶体管、电阻、电容、线性光耦、稳压管、精密稳压源等常规器件，无需复杂的IC集成芯片，可靠性高，实用性强，便于推广使用。

Description

一种28V过压浪涌抑制电路

技术领域

本发明属于电源技术领域，是一种28V过压浪涌抑制电路。

背景技术

飞机供电系统由交流和直流供电系统两类，由于电气负载变化或发动机转速变化等原因引起的正常扰动造成电压的变化即电压浪涌，用电设备必须具抗电压浪涌的能力。

根据GJB181-86《飞机供电特性及对用电设备的要求》对直流28V用电设备的要求“用电设备应经受五次过压浪涌，两次过压浪涌之间的时间间隔为1分钟。每次过压浪涌的方法为:首先用电设备在正常稳态电压下供电，然后使用电设备输入电压增加到80V，持续时间50毫秒；过压浪涌后，用电设备不应发生故障”。

根据GJB181A-2003《飞机供电特性》对直流28V用电设备的要求“在供电系统非正常工作期间，关键飞行设备和重要任务设备的输出性能应符合其专用规范的要求。只要重要任务设备和一般任务设备的专用规范对供电系统非正常工作状态没有规定要求，则对其不作性能要求，但不影响在随后正常供电条件下的工作性能。在供电系统恢复正常工作时，各类用电设备应自动恢复规定的性能。”直流28V供电系统非正常工作时其过压极限50V,50毫秒。即要求用电设备能够承受50V,50毫秒的浪涌电压。

因此，机载直流电源设备都要求有过压浪涌的要求，因此需进行过压浪涌抑制电路设计。现有28V过压浪涌电路主要有通过以下几种方式:1、多瞬态抑制二极管并联；2、利用BUCK电路进行降压；3、利用电压比较电路，过压发生时时断开浪涌电压；4、利用NE555集成芯片对控制场效应管电压，实现浪涌抑制功能。

上述方式1存在所用瞬态抑制二极管数量多，体积大，浪涌瞬时功率大，需进行散热设计，难以满足机载设备小型化的要求；上述方式2电路需进行闭环设计，电路复杂，电感体积、重量较大，适用于中、大功率场合，同样不利于设备小型化的要求；上述方式3电路系统响应速度较慢，存在输出电压纹波较大的问题；上述方式4电路构成较为复杂，成本较高。

因此，需要提出一种结构简单、输出电压稳定的机载直流浪涌抑制电路。

发明内容

本发明的目的是提供一种28V直流过压浪涌抑制电路，具有结构简单、体积小、响应速度快、输出电压稳定性高、成本低的优点。

本发明采取的技术方案为：一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于，包括：场效应晶体管V1、稳压管D1、线性光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、精密稳压源U2、电容C1和电容C2；

所述场效应晶体管V1源级与直流28V输入正端相连，漏极与28V输出正端相连；所述二极管D1和所述线性光耦U1内部次级的光敏三极管并联与场效应晶体管V1源级和栅极两端，所述电阻R1一端接在场效应晶体管V1栅极，另一端与28V输出负端相连；所述电阻R2一端与28V输出正端相连，另一端与所述线性光耦U1内部初级的发光二极管阳极相连；所述电阻R3与所述精密稳压源U2阴极串联，然后所述电阻另一端与28V输出正端相连，所述精密稳压源U2阳极与28V输出负端相连；所述线性光耦U1内部初级的发光二极管阴极与精密稳压源U2阴极相连；所述电阻R4和所述电阻R5串联后，所述电阻R4另一端与28V输出正端相连，电阻R5另一端与28V输出负端相连；所述电容C1一端与精密稳压源U2阴极相连，另一端与所述电阻R4和所述电阻R5的公共端相连；所述电容C2与所属电阻R5并联。

优选的，所述场效应晶体管V1为P沟道场效应晶体管。

优选的，所述二极管D1为稳压二级管。

优选的，所述28V过压浪涌抑制电路正常工作时，并联在场效应晶体管V1栅极和源级之间的稳压二极管D1与电阻R1产生维持场效应晶体管V1饱和导通高电平；28V输出电路通过饱和导通的场效应晶体管V1完成电流回路，对28V直流输出保持正常。

优选的，所述28V过压浪涌抑制电路在直流过压浪涌发生时，并联在场效应晶体管V1栅极和源级之间的线性光耦U1导通，产生维持场效应晶体管V1不完全导通高电平；28V输出电路通过不完全导通的场效应晶体管V1完成电流回路，场效应晶体管V1承担浪涌电压。

优选的，所述28V过压浪涌抑制电路的过压浪涌保护电压阈值由电阻R4和电阻R5的阻值调节。

优选的，所述28V过压浪涌抑制电路的过压浪涌响应速度由电容C1和滤波电容C2的容值调节。

优选的，所述28V过压浪涌抑制电路通过所选择的场效应晶体管V1不完全导通条件下的耐受功率等级实现不同功率等级的浪涌抑制。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明可通过调节电阻R4和R5的阻值，实现过压浪涌抑制电路抑制电压点的调节，可根据负载电压等级的适配不同电压，适用范围广；

本发明用精密稳压源U2实现比较器的功能，通过采样电压与基准电压的比较，实现控制线性光耦通断的功能，进而实现对场效应晶体管的控制，可靠稳定，使用效果好。

本发明用线性光耦U1输出电压线性的特征，实现场效晶体管不饱和导通，场效应晶体管承受浪涌电压，达到稳定28V输出电压的目的，使用可靠。

本发明设计合理，体积小，使用元器件少，且所用器件均为常规场效应晶体管、电阻、电容、线性光耦、稳压管、精密稳压源等常规器件，无需复杂的IC集成芯片，可靠性高，实用性强，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明一种28V过压浪涌电路原理图

图2是本发明一种28V过压浪涌电路在具体机载直流供电系统工程实例中的功能框图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明大功率机载直流过压浪涌抑制电路的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

本发明针对飞机直流供电系统中的28V直流供电的瞬态过压浪涌进行抑制。如图1所示，本发明大功率机载直流过压浪涌抑制电路，包括：一种基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，包括：

场效应晶体管V1、稳压管D1、线性光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、精密稳压源U2、电容C1和电容C2。所述场效应晶体管V1源级与直流28V输入正端相连，漏极与28V输出正端相连；所述二极管D1和所述线性光耦U1内部次级的光敏三极管并联与场效应晶体管V1源级和栅极两端，所述电阻R1一端接在场效应晶体管V1栅极，另一端与28V输出负端相连；所述电阻R2一端与28V输出正端相连，另一端与所述线性光耦U1内部初级的发光二极管阳极相连；所述电阻R3与所述精密稳压源U2阴极串联，然后所述电阻另一端与28V输出正端相连，所述精密稳压源U2阳极与28V输出负端相连；所述线性光耦U1内部初级的发光二极管阴极与精密稳压源U2阴极相连；所述电阻R4和所述电阻R5串联后，所述电阻R4另一端与28V输出正端相连，电阻R5另一端与28V输出负端相连；所述电容C1一端与精密稳压源U2阴极相连，另一端与所述电阻R4和所述电阻R5的公共端相连；所述电容C2与所属电阻R5并联。

优选的，所述场效应晶体管V1漏极源极耐压要求要大于80V，可选用100V漏源耐压的晶体管，为降低场效应晶体管损耗，尽量选取低导通阻抗的场效应晶体管。

所述二极管D1选取15V稳压二极管。

工作原理如下：正常电压输入时(如28V)，电阻R4和电阻R5的分压小于精密稳压源U2的参考电压，精密稳压源U2不导通，线性光耦U1不导通，二极管D1导通，场效应晶体管V1饱和导通，场效应晶体管压降如式1，场效应晶体管功耗如式2。

V_ds＝R_dson*I_load 式1

P_onloss＝R_dson*I_load*I_load式2

所述电阻R4和电阻R5的分压值与所属精密稳压源U2的参考电压相等时，过压浪涌保护电压如式3

V_{out_ref}＝V_{U2_REF}*(R4*R5)/R5式3

当28V输入端出现50V/80V过压浪涌时，电阻R4和电阻R5的分压大于于精密稳压源U2的参考电压，精密稳压源U2导通，由于电容C1的存在，导致精密稳压源U2导通电压不能突变，电压逐渐降低；线性光耦U1内部初级的发光二极管阳极电流随精密稳压源U2导通电压减小而增大，线性光耦U1内部次级的光敏三极管电流增大，电阻R1两端电压增大，线性光耦U1内部次级的光敏三极管电压较小，即场效应晶体管V1栅极和源级电压降低，场效应晶体管V1不完全导通，导通电阻变大，漏极和源级电压增大，28V输出端电压降级；重复上述过程，28V输出电压达到动态平衡，此时输出电压等于设置的过压保护点电压V_{out_ref}。

当28V输入端出现80V过压浪涌时，场效应晶体管压降如式4，场效应晶体管功耗如式5。

V_ds＝(80V-V_{out_ref})式4

P_onloss＝V_ds*I_load 式5

可通过传导或者辅助散热方式完成场效应晶体管V1的散热，当所需负载电流更大时，可使用两只或更多场效应晶体管并联已降低流过单只场效应晶体管电流，进而降级单只场效应晶体管功耗。

本发明使用场效应晶体管承受过高的浪涌电压，通过电阻分压与精密稳压源实现过压浪涌的检测，使用线性光耦控制场效应晶体管的不完全导通，实现场效应晶体管电压动态调节。避免了使用复杂的检测电路和开关控制电路进行浪涌抑制，通过简单的元器件构成了一种本发明的目的是提供一种28V直流过压浪涌抑制电路，具有结构简单、体积小、响应速度快、输出电压稳定性高、成本低的优点。

以上结合附图细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种变型，例如在输入端Vin+串联二极管，使电路具备28V防反接功能和欠压浪涌抑制的功能；输入端Vin+串联二极管在Vout+和Vout-之间并联大容量电容，

使电路具备28V防反接功能、过压浪涌和欠压浪涌抑制的功能；增加场效应晶体管数量，以增大流过电流的能力，提高电路功率等级。

Claims

1.一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于，包括：场效应晶体管V1、稳压管D1、线性光耦U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、精密稳压源U2、电容C1和电容C2；

2.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述场效应晶体管V1为P沟道场效应晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述二极管D1为稳压二级管。

4.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述28V过压浪涌抑制电路正常工作时，并联在场效应晶体管V1栅极和源级之间的稳压二极管D1与电阻R1产生维持场效应晶体管V1饱和导通高电平；28V输出电路通过饱和导通的场效应晶体管V1完成电流回路，对28V直流输出保持正常。

5.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述28V过压浪涌抑制电路在直流过压浪涌发生时，并联在场效应晶体管V1栅极和源级之间的线性光耦U1导通，产生维持场效应晶体管V1不完全导通高电平；28V输出电路通过不完全导通的场效应晶体管V1完成电流回路，场效应晶体管V1承担浪涌电压。

6.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述28V过压浪涌抑制电路的过压浪涌保护电压阈值由电阻R4和电阻R5的阻值调节。

7.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述28V过压浪涌抑制电路的过压浪涌响应速度由电容C1和滤波电容C2的容值调节。

8.根据权利要求1所述的一种28V过压浪涌抑制电路，其特征在于：所述28V过压浪涌抑制电路通过所选择的场效应晶体管V1不完全导通条件下的耐受功率等级实现不同功率等级的浪涌抑制。