王雪健 董 凱 王若璇 孫靖國 李子河

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)載設(shè)備的可靠性要求越來越高，尤其是在機(jī)載計(jì)算機(jī)電路系統(tǒng)中，掉電檢測(cè)電路是至關(guān)重要的一部分。掉電檢測(cè)電路的作用是時(shí)刻檢測(cè)機(jī)上28 V匯流條的電壓，當(dāng)電壓下降到一定值時(shí)，掉電檢測(cè)電路發(fā)出欠壓信號(hào)，當(dāng)CPU檢測(cè)到這個(gè)信號(hào)后，進(jìn)行一系列的動(dòng)作，例如啟動(dòng)備用蓄電池、保存數(shù)據(jù)、復(fù)位等。本文提出了一種機(jī)載電源的掉電檢測(cè)電路，具有響應(yīng)迅速、抗擾動(dòng)、測(cè)試性好的特點(diǎn)。

目前機(jī)載設(shè)備中的掉電檢測(cè)電路多采用簡單的輸入電壓分壓后，通過電壓比較器與基準(zhǔn)電壓相比，輸出掉電檢測(cè)信號(hào)[1]，如圖1所示。該方法優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，設(shè)計(jì)參數(shù)易調(diào)；缺點(diǎn)是抗擾動(dòng)能力差，容易誤觸發(fā)掉電信號(hào)。本文提出的掉電檢測(cè)電路在原基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，使改進(jìn)后的檢測(cè)電路具有滯回比較功能，安全性、測(cè)試性更好。

圖1 傳統(tǒng)掉電檢測(cè)電路

1 抗擾動(dòng)設(shè)計(jì)

首先，在上述電路基礎(chǔ)上，通過引入正反饋電阻，組成滯環(huán)電壓比較器，增強(qiáng)檢測(cè)電路的抗擾動(dòng)能力，通過調(diào)節(jié)正反饋電阻和同相輸入端的輸入電阻比值，能夠調(diào)節(jié)滯環(huán)比較器的滯環(huán)窗口大小[2]，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)掉電檢測(cè)電路

比較器N2輸出通過正反饋電阻R65接到比較器正相輸入端，組成滯回比較電路，門限電壓計(jì)算為：

VT=VCC或0，則門限電壓分別為：

比較器N2電壓傳輸特性曲線如圖3所示。

根據(jù)電壓傳輸特性曲線可以看出，UI從小于UP1的值逐漸增大到UP2時(shí)，U0輸出高電平；UI從大于UP2的值逐漸減小到UP1時(shí)，U0輸出低電平。曲線具有方向性，如圖3中標(biāo)記。通過調(diào)節(jié)R27和R65的電阻比值，可調(diào)節(jié)滯回比較器的滯回區(qū)間大小，即[R27/（R65+R27+R64）]VCC。

圖3 滯回比較器電壓傳輸曲線

2 安全性設(shè)計(jì)

為了提高安全性，希望在檢測(cè)到掉電時(shí)立即發(fā)出掉電信號(hào)，而在供電恢復(fù)后，輸入電壓保持正常一段時(shí)間再發(fā)出正常信號(hào)，以確保輸入電壓穩(wěn)定正常，即不正常情況立即反應(yīng)，正常情況延時(shí)反應(yīng)。為此，設(shè)計(jì)RC電路，使其電容具有“慢充快放”的特性。在第一級(jí)比較器輸出后增加兩個(gè)三極管，由第一級(jí)比較器輸出控制三極管的導(dǎo)通、關(guān)斷，進(jìn)而控制電容的充放電，電容電壓作為第二級(jí)比較器的同相輸入。當(dāng)輸入電壓正常時(shí)，三極管不導(dǎo)通，電容通過電阻緩慢充電，達(dá)到比較門限電壓后發(fā)出高電平正常信號(hào)，實(shí)現(xiàn)延遲發(fā)送正常信號(hào)；當(dāng)輸入進(jìn)入欠壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，電容通過三極管迅速放電，第二級(jí)比較器輸出發(fā)低電平欠壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)掉電信號(hào)立即發(fā)出。

當(dāng)比較器N2反相輸入端電壓低于UP1時(shí)，N2輸出端為高電平，V23導(dǎo)通，R66、R67電阻經(jīng)過分壓后，V24導(dǎo)通，電容C71的儲(chǔ)能通過R62小電阻迅速放電，比較器N8同相輸入端電壓低于反相輸入端，N8輸出端輸出低電平，掉電檢測(cè)電路發(fā)出欠壓信號(hào)，如圖4所示。

圖4 欠壓情況下C71電容放電

當(dāng)N2反相輸入端高于UP2時(shí)，N2輸出端為低電平，V23、V24不導(dǎo)通，VCC通過R68給電容C71充電，延時(shí)5 ms后，輸入電壓依然高于欠壓門限電壓UP2，比較器N8輸出端翻轉(zhuǎn)為高電平，掉電檢測(cè)電路輸出UV為高電平（正常信號(hào)），如圖5所示。

圖5 正常情況下電容C71充電延時(shí)

當(dāng)輸入電壓低于欠壓門限值時(shí)，UV欠壓信號(hào)迅速翻轉(zhuǎn)為低電平，當(dāng)輸入電壓高于欠壓門限值時(shí)，利用RC電路中C71的“慢充快放”特性，使比較器N8的同相輸入端電壓緩慢上升，具有延時(shí)翻轉(zhuǎn)的功能，防止輸入電壓擾動(dòng)導(dǎo)致誤發(fā)正常信號(hào)，從而造成機(jī)上設(shè)備誤判。同時(shí)，為了機(jī)上設(shè)備的安全性，在延遲時(shí)間內(nèi)，如果輸入電壓再次低于門限值，電容C71儲(chǔ)能被再次放掉，重新計(jì)時(shí)，同時(shí)立即發(fā)出欠壓信號(hào)，以便機(jī)上用電設(shè)備及時(shí)作出反應(yīng)。

3 測(cè)試性設(shè)計(jì)

最后，為提高電路測(cè)試性，便于在外部測(cè)試欠壓檢測(cè)電路的功能完整性，在第一級(jí)比較器反相輸入端增加一個(gè)光耦隔離電路。光耦的初級(jí)接外部激勵(lì)信號(hào)，次級(jí)接比較器反相輸入端。在輸入電壓正常的情況下，置掉電激勵(lì)信號(hào)為高電平，次級(jí)光耦導(dǎo)通，第一級(jí)比較器反相輸入端被拉低，檢測(cè)電路發(fā)出欠壓信號(hào)；當(dāng)?shù)綦娂?lì)信號(hào)懸空時(shí)，次級(jí)光耦不導(dǎo)通，掉電檢測(cè)電路發(fā)正常信號(hào)；通過外部激勵(lì)檢測(cè)欠壓信號(hào)是否翻轉(zhuǎn)，確定掉電檢測(cè)電路的功能是否正常。

測(cè)試性電路如圖6所示，D4為穩(wěn)壓管，D4和C76起保護(hù)作用，防止尖峰電壓損傷光耦。在測(cè)試環(huán)境下，輸入接28 V正常輸入電壓，當(dāng)光耦初級(jí)UV_STIM接高電平信號(hào)時(shí)，光耦初級(jí)有電流流過，光耦次級(jí)導(dǎo)通，將比較器N2的反相輸入端通過電阻R60拉低，強(qiáng)制掉電檢測(cè)電路發(fā)出欠壓信號(hào)。當(dāng)UV_STIM懸空或接地時(shí)，光耦初級(jí)無電流，光耦次級(jí)不導(dǎo)通，掉電檢測(cè)電路發(fā)正常信號(hào)。通過強(qiáng)制發(fā)欠壓信號(hào)，檢測(cè)掉電檢測(cè)電路比較器翻轉(zhuǎn)是否正常，便于機(jī)載電源在維護(hù)或測(cè)試時(shí)，檢測(cè)掉電檢測(cè)電路的功能是否正常。

圖6 欠壓激勵(lì)測(cè)試電路

4 結(jié)語

本文提出了一種改進(jìn)的機(jī)載電源欠壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，通過比較器正反饋電阻組成滯回比較器，提高了抗擾動(dòng)能力。進(jìn)一步，利用RC電路電容“慢充快放”特性，輸入電壓高于欠壓門限5 ms后發(fā)送正常信號(hào)，而對(duì)于輸入電壓低于欠壓門限，則立刻發(fā)送欠壓信號(hào)，保證機(jī)上設(shè)備安全性。最后，增加了欠壓激勵(lì)信號(hào)用于在維護(hù)或自檢狀態(tài)確認(rèn)欠壓保護(hù)電路的功能，提高了可測(cè)試性。該方案在增加少量器件的前提下，提供了一種抗擾動(dòng)、安全性高、測(cè)試性好的機(jī)載電源欠壓檢測(cè)電路。