一種實現(xiàn)50ms斷電維持供電的簡單電路設(shè)計

摘要：針對機載28V直流供電設(shè)備需具有斷電后維持50ms工作的功能要求，基于鉭電解電容器儲能作用，采用電源維持集成模塊，實現(xiàn)鉭電解電容器儲能、放電作用，設(shè)計了一種斷電維持電路。在正常上電供電時，充電電路給鉭電容器充電并存儲能量;當(dāng)輸入電壓斷電時，鉭電容釋放已存儲的能量，給后端電路持續(xù)供電50sm，從而實現(xiàn)此期間供電不斷的目的。經(jīng)試驗電路測試驗證，設(shè)計滿足使用要求。

Abstract： As the airborne 28V DC power supply system existed the case of power interruption With 50 sm，a circuit based on capacitor energy storage was designed to maintain 50 ms uninterrupted power supply. It was composed of charging circuit，large capacity tantalum capacitor ，and discharging circuit. When the input was in normal operation，the tantalum capacity was charged. Once the incident of power interruption occurred，the discharging circuit would covert the capacitor energy. The actual tested result met the requirements.

1 引言

在飛機28 V直流供電系統(tǒng)中，機載設(shè)備設(shè)計電源維持電路，用于斷電后工作維持。設(shè)備通常采用冗余供電方式，即設(shè)計兩路供電，一路為正常供電，一路為蓄電池供電。正常工作時由正常電源提供供電;在發(fā)動機啟動或發(fā)生故障等特殊情況下，由蓄電池提供供電[1]。在正常電源向蓄電池電源切換時需要不小于50 sm時間完成切換。國軍標(biāo)GJB 181-1984和GJB 181A-2003規(guī)定，在匯流條或電源轉(zhuǎn)換狀態(tài)時供電中斷時間不得大于50 sm[2，3]。機載設(shè)備內(nèi)部通過DC/DC變換電路將機上提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成內(nèi)部各組件工作的二次直流電源，如果供電中斷50 sm，可能導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失，甚至設(shè)備工作失效，影響飛機安全。因此，需要在DC/DC變換電路前設(shè)計供電維持輸出。

本文設(shè)計了一種在正常輸入供電時，通過電源維持電路給鉭電容器充電儲能，當(dāng)供電電壓下降至16 V，電源維持電路進(jìn)入放電工作狀態(tài)，鉭儲能電容器開始釋放能量，輸出電壓瞬間上升到44 V，并且開始緩慢釋放能量，電壓緩慢下降，為后續(xù)DC/DC轉(zhuǎn)換電路供電。該電路輸入電壓范圍達(dá)16 V～40 V，滿足GJB181A關(guān)于直流供電系統(tǒng)的供電范圍要求。

2 電路結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計

2.1 電路設(shè)計

簡單的電路設(shè)計結(jié)構(gòu)是在28V供電主電路上并聯(lián)設(shè)計電源維持電路，當(dāng)輸入斷電時，由電源維持電路釋放能量，維持機載產(chǎn)品不少于50 ms的正常工作。本文設(shè)計的50 sm斷電維持供電電路如圖1所示。

圖1中，28V供電分為主供電電路和斷電維持供電電路，二者采用二極管D1隔離，后端接DC/DC變換電路，當(dāng)﹢28VIN正常供電時，由主電路供電，同時通過U7電源維持模塊的1管腳給C1鉭電容器充電儲能;當(dāng)﹢28VIN供電異斷電時，C1內(nèi)部儲存的能量通過U7的5管腳提供給后端電路，從而保證后端正常工作。

2.2 ZHHU44120/A模塊

ZHHU44120/A模塊為集成模塊，主要用于鉭電容器的充電儲能和放電維持，具有電路體積小，可靠性高，溫度范圍寬等特點。其主要的管腳定義為及功能見表1。

2.3 電源維持電路的工作原理

28 V供電上電后，圖1中，當(dāng)U7的管角1上的電壓由0 V上升到16 V時，管腳1上的電壓通過二極管D1傳輸給后端電路，模塊U7不工作，鉭電容器不充電儲能;供電電壓繼續(xù)升高，當(dāng)管腳1上的電壓大于16V時，模塊U7開始工作，U7模塊4管腳電壓由0 V變?yōu)?4 V，CI鉭電容器開始充電儲能，但U7處于不放電工作狀態(tài)。

28 V供電斷電后，當(dāng)電壓從28 V下到16 V時，模塊U7電源維持放電工作狀態(tài)啟動，模塊U7管腳5瞬間上升到44V，鉭電容器C1通過模塊U7開始緩慢釋放能量，電壓緩慢下降，為后端供電。

電源維持電路時序圖如圖2所示。

2.4 參數(shù)設(shè)計

電源維持電路需要根據(jù)后端電路帶載情況，計算選取的鉭儲能電容器的容值。 舉例說明。后端電路帶載60 W，按照斷電50 ms計算所需鉭電容容量為：

取P=60 W，Δt=0.05 s，Vwork=44 V，Vmin=18 V，計算C為0.0037 F，結(jié)合實際鉭電容器的容值，最大電壓值為44 V，所以實際選取4000 uF/50V的鉭電容器作為本電路的儲能電容器。

3 試驗驗證

基于上述電源維持電路，設(shè)計研發(fā)了原理電路。系統(tǒng)上電后，電路正常維持在28 V供電，當(dāng)系統(tǒng)斷電后，當(dāng)電壓下降到16 V時，電源維持電路開始工作維持后端供電。

+28VIN 與+28VOUT電壓關(guān)系見圖3。

圖3中，上端“2”曲線是輸出+28VOUT波形，下端“1” 曲線是輸入+28VIN電壓波形。正常下端“1”曲線測得的電壓是28 V/DC，當(dāng)斷電后，輸入電壓開始下降，當(dāng)下降到16 V時，電源維持電路開始釋放能量，U7模塊管腳5輸出44 V電壓，并緩慢下降，維持后端電路繼續(xù)供電，維持時間約60 ms。曲線“1”拉開的波形見圖4。

儲能鉭電容放能量的波形見圖5。

儲能鉭電容器在電源維持電路開始工作后，開始釋放能量，電壓從44 V緩慢下降，下降到10 V，停止釋放能量，共維持約不少于50 ms。

4 結(jié)論

本文基于鉭電容器儲能，利用電源維持模塊，設(shè)計電源維持電路，在正常輸入時28 V時，電路給鉭電容器充電存儲能量;當(dāng)輸入電壓28 V斷電時，電源維持電路釋放儲能給后級DC/DC電路，實現(xiàn)了50 ms維持正常工作的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜培德，李文豪，尹華 一種實現(xiàn)50ms維持供電的電路設(shè)計[J].微電子學(xué)，2016，46（4）.

[2]GJB181-1986，飛機供電特性對用電設(shè)備的要求[S]北京：總裝設(shè)備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，1986.

[3]GJB181A-2003，飛機供電特性[S]. 北京：總裝設(shè)備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2003.

作者簡介：唐娜 1984.1.30出生，女 漢族 陜西藍(lán)田 中級工程師 工學(xué)碩士 航空儀表 陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司 721006。