KR87 型ADF 自動定向機電源控制電路設(shè)計與實現(xiàn)

馮 銳，錢 偉，黃 鋆

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川德陽 618307）

1 KR87 型ADF 接收機供電要求分析

根據(jù)KR87 型ADF 接收機的工作要求，飛機匯流條提供的輸入電壓為14 V 和28 V 直流電源，KR87 型ADF 接收機工作需要+189 V 電壓用于顯示屏；+12 V和+5 V 電壓用于接收機各個芯片、三極管等零部件的供電；+4.5 V 電壓是用于指示驅(qū)動電壓的基準[2]?？紤]到飛機提供的輸入電壓存在波動和傳輸線纜消耗等情況，需要電源盒輸入電壓可以在11～33 V 之間自適應(yīng)，并具備將28 V 直流電壓轉(zhuǎn)化為+189 V、+12 V、+5 V、+4.5 V 電壓的功能，以驅(qū)動接收機正常工作。

2 KR87 型ADF 接收機電源盒設(shè)計

參考同類電源的設(shè)計思路，電源的工作過程主要分為直流—交流、交流—直流、降壓—升壓等過程。由于飛機所提供的電源為直流電源，KR87 型ADF 接收機工作所需電壓也為直流，并且該電源盒涉及到電壓的升降轉(zhuǎn)換，所以本文采用直流—交流—直流的方式，主要由控制電路、變壓電路、整流電路、穩(wěn)壓電路、濾波電路等部分組成。

2.1 控制電路

目前控制電路的設(shè)計主要分為兩種，一種是輸入變壓器初級的電壓不變，通過控制勵磁電流改變交變勵磁場來控制變壓器次級感應(yīng)電流的方式控制次級電壓；另一種是勵磁電流不變，通過改變輸入變壓器初級的電壓來控制次級感應(yīng)電動勢的方式。

由于飛機匯流條提供的初級輸入電壓為14 V 或28 V 標準直流電壓，無法直接輸入變壓器進行變壓控制。所以本設(shè)計需要使用控制勵磁電流的方式實現(xiàn)整個電源盒次級電壓的控制，其設(shè)計思路如圖1 所示。

圖1 勵磁電流控制邏輯

2.1.1 變壓整流模塊設(shè)計

本文采用5 V 電壓作為基準電壓，為電壓比較器等元件提供比較基準。因此，本文采用LM342-5.0 線性穩(wěn)壓芯片將14 V 或28 V直流電壓轉(zhuǎn)換為5 V 的直流電壓，該芯片具有體積小、線性可控的特點，適用于各種穩(wěn)壓整流電路。由于飛機發(fā)電機在工作過程中會受發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響，容易造成發(fā)電機輸出電壓波動。為避免飛機匯流條電壓波動超過芯片耐壓值，本文在變壓整流芯片前端安裝一只33 V 的穩(wěn)壓二極管用于過壓保護。變壓整流電路設(shè)計如圖2 所示。

圖2 變壓整流電路

2.1.2 電壓比較控制電路設(shè)計

電壓比較器模塊作為控制電路模塊的核心，其正常工作與否直接影響勵磁電流的大小，也直接影響著變壓器次級產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小，本設(shè)計采用4 個電壓比較器進行電壓比較器模塊的設(shè)計。

第1 路變壓整流器模塊D 是一個開路集電極電壓比較器，它作為振蕩器產(chǎn)生控制方波信號。由于電阻R312 和R313 分壓，使其輸入端正極輸入電壓為+2.5 V。在初始狀態(tài)，比較器的輸出為高電平。電容C306 開始通過R316、R315 和R330 進行充電。當C306 的電壓（即比較器輸入端負極電壓）超過2.5 V 閾值電壓時，比較器輸出電壓就會變?yōu)榈碗娖?，使C306通過R330和R315 放電。電位器R330 用于調(diào)整電路的時間常數(shù)和振蕩頻率[3]。

第2 路電壓比較器模塊A 和第3 路電壓比較器模塊C 為比較穩(wěn)壓模塊。其中，比較器I302A 監(jiān)視+189 V 線路和開關(guān)狀態(tài)，其正極輸入端輸入5 V 直流電壓，當比較器I302A 負極輸入端電壓下降到閾值以下時，它的輸出端就輸出一個低電平信號，能夠有效維持直流閾值電壓，直流電壓會跟隨電源負荷的變化而改變。同時，該輸出電壓又作為比較器I302C 負極輸入端的輸入信號，從而設(shè)定了比較器I302C 的開關(guān)閾值，其輸出為恒定頻率、可變占空比的開關(guān)信號。

第4 路電壓比較器模塊B 為限流保護裝置，當三極管Q303 發(fā)射極流過的電流通過R323 采樣，輸入到比較器I302B 的負極輸入端。當該電流過大，導(dǎo)致正極端電壓超過0.5 V 閾值電壓時，I302B 輸出電壓信號被強行拉低，關(guān)閉I302C，從而關(guān)閉開關(guān)晶體管，實現(xiàn)電路的限流保護功能。電壓比較控制電路設(shè)計如圖3 所示。

圖3 電壓比較控制電路

2.1.3 三極管開關(guān)電路設(shè)計

電壓比較器模塊I302C 輸出信號是一組方波信號，其占空比隨著電壓和電流反饋的變化而變化。通過改變I302C 輸出信號的高低電平來控制三極管Q301的通斷。Q301 驅(qū)動三極管Q302，Q302 向功率晶體管Q303 提供附加的基極驅(qū)動電流，該基極驅(qū)動電流控制功率晶體管的開關(guān)。當I302C 的輸出為低電平時，Q301關(guān)斷，因此Q302、Q303 關(guān)斷，Q303 的關(guān)斷時間減少，使次級的-26 V 電壓降低。通過R320 和C311 反饋引入Q303 基極電流，該電流通過電壓負反饋向三極管開關(guān)網(wǎng)絡(luò)反饋電壓，從而調(diào)節(jié)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中Q301的通斷，以控制勵磁電流，從而控制變壓器次級輸出電壓。三極管開關(guān)電路設(shè)計如圖4 所示。

圖4 三極管開關(guān)電路

2.1.4 變壓整流濾波電路設(shè)計

電源電壓經(jīng)過變壓器T301，實現(xiàn)KR87 型ADF 接收機所需電壓的變換。變壓器次級共設(shè)計了5 個抽頭，分別用于+189 V、+12 V、+6.2 V、-26 V 和接地端，其中+6.2 V 電壓用于之后的+4.5 V 基準電壓和標準+5 V 電壓的產(chǎn)生。變壓器的次級抽頭通過整流、濾波變換為直流電，每一組抽頭后由一個整流二極管進行半波整流，再通過電解電容進行濾波，最終將變壓器次級產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。變壓整流濾波電路設(shè)計如圖5 所示。

圖5 變壓整流濾波電路

2.1.5 +4.5 V 基準電壓和標準+5 V 電壓電路設(shè)計

通過整流二極管與電解電容組成的整流濾波網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)最基本的交流—直流轉(zhuǎn)換，整流濾波后產(chǎn)生的直流電中含有大量雜波，電壓不穩(wěn)定，而KR87 型ADF 接收機內(nèi)部芯片等工作需要的+5 V 電壓和用于提供指示基準的+4.5 V 電壓要求必須穩(wěn)定可靠，所以不能從變壓器次級直接通過整形濾波的方式獲取，而需要通過調(diào)節(jié)控制電路把+6.2 V 電壓轉(zhuǎn)化為+5 V和+4.5 V 電壓[4]，為微處理器等元件提供電源供電。+4.5 V 基準電壓和標準+5 V 電壓電路設(shè)計如圖6 所示。

圖6 +4.5 V 基準電壓和標準+5 V 電壓產(chǎn)生電路

除此之外，為了保證輸入電壓的穩(wěn)定性，本設(shè)計采用了兩級LC 濾波電路以除去由于飛機電源電壓波動和外界干擾造成的雜波，起到輸入電壓濾波作用。在5 V 變壓整流電路前設(shè)計一只33 V 穩(wěn)壓二極管，用于電路的過壓保護，從Q303 的發(fā)射極引出電壓到I302的B 腳，為電路提供限流保護，以防止電路在實際工作過程中因輸入電壓的瞬間突變而燒毀。

3 KR87 型ADF 接收機電源盒制作

將KR87 型ADF 接收機電源盒各個功能模塊聯(lián)結(jié)到一起，便構(gòu)成了其電源盒的整體電路。利用CAD軟件進行PCB 板的設(shè)計與制作，得到印制電路板（圖7）。焊接組裝相關(guān)電子元器件，完成電源盒制作。

圖7 KR87 型ADF 接收機電源盒電路板

4 結(jié)束語

通過實際通電測試，當電源盒組件的輸入為28 V直流電壓時，能穩(wěn)定輸出+189 V、+12 V、+5 V、+4.5 V、-26 V 電壓，其中189 V 電壓輸出誤差為±1 V，其他電壓輸出誤差均在5%以內(nèi)，可以滿足驅(qū)動KR87 型ADF 接收機正常工作的需要。