KR87 型ADF 自动定向机电源控制电路设计与实现

冯 锐，钱 伟，黄 鋆

（中国民用航空飞行学院，四川德阳 618307）

1 KR87 型ADF 接收机供电要求分析

根据KR87 型ADF 接收机的工作要求，飞机汇流条提供的输入电压为14 V 和28 V 直流电源，KR87 型ADF 接收机工作需要+189 V 电压用于显示屏；+12 V和+5 V 电压用于接收机各个芯片、三极管等零部件的供电；+4.5 V 电压是用于指示驱动电压的基准[2]。考虑到飞机提供的输入电压存在波动和传输线缆消耗等情况，需要电源盒输入电压可以在11～33 V 之间自适应，并具备将28 V 直流电压转化为+189 V、+12 V、+5 V、+4.5 V 电压的功能，以驱动接收机正常工作。

2 KR87 型ADF 接收机电源盒设计

参考同类电源的设计思路，电源的工作过程主要分为直流—交流、交流—直流、降压—升压等过程。由于飞机所提供的电源为直流电源，KR87 型ADF 接收机工作所需电压也为直流，并且该电源盒涉及到电压的升降转换，所以本文采用直流—交流—直流的方式，主要由控制电路、变压电路、整流电路、稳压电路、滤波电路等部分组成。

2.1 控制电路

目前控制电路的设计主要分为两种，一种是输入变压器初级的电压不变，通过控制励磁电流改变交变励磁场来控制变压器次级感应电流的方式控制次级电压；另一种是励磁电流不变，通过改变输入变压器初级的电压来控制次级感应电动势的方式。

由于飞机汇流条提供的初级输入电压为14 V 或28 V 标准直流电压，无法直接输入变压器进行变压控制。所以本设计需要使用控制励磁电流的方式实现整个电源盒次级电压的控制，其设计思路如图1 所示。

图1 励磁电流控制逻辑

2.1.1 变压整流模块设计

本文采用5 V 电压作为基准电压，为电压比较器等元件提供比较基准。因此，本文采用LM342-5.0 线性稳压芯片将14 V 或28 V直流电压转换为5 V 的直流电压，该芯片具有体积小、线性可控的特点，适用于各种稳压整流电路。由于飞机发电机在工作过程中会受发动机转速的影响，容易造成发电机输出电压波动。为避免飞机汇流条电压波动超过芯片耐压值，本文在变压整流芯片前端安装一只33 V 的稳压二极管用于过压保护。变压整流电路设计如图2 所示。

图2 变压整流电路

2.1.2 电压比较控制电路设计

电压比较器模块作为控制电路模块的核心，其正常工作与否直接影响励磁电流的大小，也直接影响着变压器次级产生的感应电流的大小，本设计采用4 个电压比较器进行电压比较器模块的设计。

第1 路变压整流器模块D 是一个开路集电极电压比较器，它作为振荡器产生控制方波信号。由于电阻R312 和R313 分压，使其输入端正极输入电压为+2.5 V。在初始状态，比较器的输出为高电平。电容C306 开始通过R316、R315 和R330 进行充电。当C306 的电压（即比较器输入端负极电压）超过2.5 V 阈值电压时，比较器输出电压就会变为低电平，使C306通过R330和R315 放电。电位器R330 用于调整电路的时间常数和振荡频率[3]。

第2 路电压比较器模块A 和第3 路电压比较器模块C 为比较稳压模块。其中，比较器I302A 监视+189 V 线路和开关状态，其正极输入端输入5 V 直流电压，当比较器I302A 负极输入端电压下降到阈值以下时，它的输出端就输出一个低电平信号，能够有效维持直流阈值电压，直流电压会跟随电源负荷的变化而改变。同时，该输出电压又作为比较器I302C 负极输入端的输入信号，从而设定了比较器I302C 的开关阈值，其输出为恒定频率、可变占空比的开关信号。

第4 路电压比较器模块B 为限流保护装置，当三极管Q303 发射极流过的电流通过R323 采样，输入到比较器I302B 的负极输入端。当该电流过大，导致正极端电压超过0.5 V 阈值电压时，I302B 输出电压信号被强行拉低，关闭I302C，从而关闭开关晶体管，实现电路的限流保护功能。电压比较控制电路设计如图3 所示。

图3 电压比较控制电路

2.1.3 三极管开关电路设计

电压比较器模块I302C 输出信号是一组方波信号，其占空比随着电压和电流反馈的变化而变化。通过改变I302C 输出信号的高低电平来控制三极管Q301的通断。Q301 驱动三极管Q302，Q302 向功率晶体管Q303 提供附加的基极驱动电流，该基极驱动电流控制功率晶体管的开关。当I302C 的输出为低电平时，Q301关断，因此Q302、Q303 关断，Q303 的关断时间减少，使次级的-26 V 电压降低。通过R320 和C311 反馈引入Q303 基极电流，该电流通过电压负反馈向三极管开关网络反馈电压，从而调节开关网络中Q301的通断，以控制励磁电流，从而控制变压器次级输出电压。三极管开关电路设计如图4 所示。

图4 三极管开关电路

2.1.4 变压整流滤波电路设计

电源电压经过变压器T301，实现KR87 型ADF 接收机所需电压的变换。变压器次级共设计了5 个抽头，分别用于+189 V、+12 V、+6.2 V、-26 V 和接地端，其中+6.2 V 电压用于之后的+4.5 V 基准电压和标准+5 V 电压的产生。变压器的次级抽头通过整流、滤波变换为直流电，每一组抽头后由一个整流二极管进行半波整流，再通过电解电容进行滤波，最终将变压器次级产生的交流电转化为直流电。变压整流滤波电路设计如图5 所示。

图5 变压整流滤波电路

2.1.5 +4.5 V 基准电压和标准+5 V 电压电路设计

通过整流二极管与电解电容组成的整流滤波网络只能实现最基本的交流—直流转换，整流滤波后产生的直流电中含有大量杂波，电压不稳定，而KR87 型ADF 接收机内部芯片等工作需要的+5 V 电压和用于提供指示基准的+4.5 V 电压要求必须稳定可靠，所以不能从变压器次级直接通过整形滤波的方式获取，而需要通过调节控制电路把+6.2 V 电压转化为+5 V和+4.5 V 电压[4]，为微处理器等元件提供电源供电。+4.5 V 基准电压和标准+5 V 电压电路设计如图6 所示。

图6 +4.5 V 基准电压和标准+5 V 电压产生电路

除此之外，为了保证输入电压的稳定性，本设计采用了两级LC 滤波电路以除去由于飞机电源电压波动和外界干扰造成的杂波，起到输入电压滤波作用。在5 V 变压整流电路前设计一只33 V 稳压二极管，用于电路的过压保护，从Q303 的发射极引出电压到I302的B 脚，为电路提供限流保护，以防止电路在实际工作过程中因输入电压的瞬间突变而烧毁。

3 KR87 型ADF 接收机电源盒制作

将KR87 型ADF 接收机电源盒各个功能模块联结到一起，便构成了其电源盒的整体电路。利用CAD软件进行PCB 板的设计与制作，得到印制电路板（图7）。焊接组装相关电子元器件，完成电源盒制作。

图7 KR87 型ADF 接收机电源盒电路板

4 结束语

通过实际通电测试，当电源盒组件的输入为28 V直流电压时，能稳定输出+189 V、+12 V、+5 V、+4.5 V、-26 V 电压，其中189 V 电压输出误差为±1 V，其他电压输出误差均在5%以内，可以满足驱动KR87 型ADF 接收机正常工作的需要。