机载加固计算机耐瞬态电压设计

王有为

（华北计算技术研究所 北京市 100083）

机载加固计算机耐瞬态电压设计

王有为

（华北计算技术研究所 北京市 100083）

机载加固计算机是机载信息系统的重要组成部分。作为用电设备，机载加固计算机需要面临飞机供电系统正常、非正常、应急、启动或转换状态时的瞬态电压冲击。因此，机载加固计算机需要进行相应的耐瞬态电压设计。本文根据GJB181的要求，给出一种耐瞬态电压的方法，综合使用了模拟开关控制电路及瞬态抑制保护电路，并将该电路直接集成到模块化CPCI电源中。

机载加固计算机；耐瞬态电压；GJB181；电源

引言

机载加固计算机作为机载信息系统的重要组成部分，其工作稳定性、可靠性十分重要。

1 设计需求

结合GJB181-86的要求，本文耐瞬态电压电路设计要求为：

80V直流输入、持续50ms供电条件下，加固计算机应正常工作；9V直流输入、持续50ms供电条件下，加固计算机应正常工作；电源最大功率为150W。

2 总体方案

针对瞬态电压抑制的场合，较为常用的手段是在电源前端加入MOV、TVS等器件进行电压钳位。该方案的优势是电路简单，比较易于实施，但缺点是当抑制器件钳位时瞬态电流较大，可能对飞机电网产生一定干扰。

本方案使用了结合功率MOS管的开关特性，构建了瞬态电压保护电路。MOS管，全名为金属氧化物半导体场效应管，由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体三种材料制成，共有三个管脚G、D、S。通过G、S间施加控制电压可实现对D、S端的闭合和断开。MOS管具有开关速度快等优点，使功率变换实现高效率和小型化。

3 硬件电路设计

如图1所示。

图1 耐瞬态电压电路原理图

MOS管选择了FQA36P15，为P沟道MOS管，其最大持续通过电流为36A、导通电阻约为76mΩ、耐电压为150V、关断延时为150～320ns。

在图1中，各部分的设计方法和步骤如下：

在额定输入范围内，电流流经二极管V8/V13/V14、MOS管V9/V15/V16，经过滤波给后级电路供电。通过采样+28V输出电压，当其低于32V时，采样之后经过R20和R22分压后与运放基准5脚进行比较，其6脚电压低于5脚电压2.5V，于是Q2饱和导通，MOS管栅极与地相接，MOS管完全打开，使得输入电流以最小的损失经过MOS管流入后级。

在此过程中，其它几个器件的状态如下：运放的2脚电压高于3脚电压，使得1脚输出为低电压，从而使得Q1进入截止区，成为OC状态，对主控制回路不影响。另外，在额定输入范围内，+28V输出电压最高为31.2-1V=30.2V，小于TVS管钳位电压33V，TVS管不动作。

输入最大电流为：

根据此电流值、电路中最高电压80V，以及散热条件，选择二极管为30CPQ150型号三个并联，MOS管为三个并联。

图1中，R32/R16、V7起到软起充电的作用，在额定输入范围时，由于电阻的限流作用，电阻不会消耗较大的功率。在额定输入范围内，MOS管完全导通，因此软起电阻最高承受MOS管两端电压，约为0.01V，几乎不消耗任何电流。

在软起过程中，由于输出电压未达到运放设定的软起结束电压15.25V，运放的1脚输入高电位，将Q1饱和导通，使得Q9截止，MOS管截止，避免了因启动电流过大造成MOS管烧坏的情况。此时电流经过R32/R16、V7给后级电容充电，充电时间由R32/R16的阻值及支撑电容的容值决定，可用时间常数进行估算：

由于启动时间较短，软起电路电阻选用两个3W电阻并联即可。

在软起结束时，电容上电压已被充到15.25V，此时后级电路依然不会工作。经过运放检测之后，关断Q1，使得Q9在运放的作用下饱和导通，从而MOS管开启，输入电压迅速给电容充电，使其达到输入电压减去二极管压降之后的值。

在输入过压浪涌时，其输入为80V时，首先输出与输入同步达到32V，然后通过运放反馈控制，使7脚电压降低，Q2进入线性放大区，使得MOS管栅极电压上升，MOS管进入线性调整区，MOS管导通电阻增大，从而保证输出电压稳定在32V。虽然此时MOS管消耗功率增大，但由于持续时间断，只有50ms，因此MOS管几乎不会造成温升。

在输入欠压浪涌时，由于存在二极管单向导通的作用，后级电路通过支撑电容释放储存的能量。根据要求，欠压浪涌持续50ms，因此可以设计电容的容值如下：

在最坏情况下，设定电源从25.2V下降，则输出电压从25.2-0.6=24.6V下降，在降至18V前，后级电路可以正常工作。

这段时间电容释放的能量为：

其中：PTotal按150W计算：

考虑低温工作环境，按0.6取降额，约为88916uF，选用33000/35V铝电解电容27个，约为89100uF，可以满足要求。

4 结束语

采用上述保护电路，较之传统，具有电路简洁、可移植性好等突出特点。目前该电路已成功应用于某型飞机的加固计算机上，有效地提升了产品的可靠性和稳定性。该电路也可为同类其他产品所借鉴，发挥其应有的作用。

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.

[2]《飞机供电特性及对用电设备的要求》（GJB181-86）[S].1986.

[3]FQA36P15 datasheet，Fairchild Semiconductor.Rev.B.2003，12.

TP302

A

1004-7344（2016）07-0278-01

2016-2-20