摘要：某型號機載通信導航識別系統(tǒng)由載機提供28V電源，對各個功能模塊采用模塊化設計，為保證系統(tǒng)內部功能模塊的工作電壓穩(wěn)定與統(tǒng)一，各個功能模塊不再直接接入載機電源系統(tǒng)，綜合CNI系統(tǒng)統(tǒng)一設計電源模塊，轉換為各個功能模塊需要的工作電壓。根據(jù)電源模塊主要功能和技術指標，對電源模塊總體方案進行設計，闡述了電源轉換功能、輸入短路保護電路、設計尖峰電壓抑制電路、工作狀態(tài)檢測功能、50ms轉電維持電路等重點功能設計，并對設計指標進行了符合性對比，研究表明，該電源模塊方案能有效滿足系統(tǒng)使用需求。

關鍵詞：CNI；多通道；電源模塊

中圖分類號：TN802;V24" 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）18-0089-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

隨著微電子技術和集成電路科學技術的迅猛發(fā)展，機載電子設備的復雜度日益增加，對其供電系統(tǒng)的要求也相應提高。CNI系統(tǒng)主要完成載機與地面的話音及數(shù)據(jù)通信、無線電導航、精密測距等多個功能，這使其成為航電設備的重要組成部分。CNI一般采用大規(guī)模集成電路，對各個功能端機進行模塊化設計，然而由于系統(tǒng)包括多個功能，因此內部各種功能模塊的工作電壓需求不同，如果各個功能模塊直接接入載機電源系統(tǒng)，電源設計將很復雜，并影響載機總電源的穩(wěn)定性。因此為了滿足綜合CNI系統(tǒng)不同功能模塊的供電要求，需要設計二次電源對機載電源進行轉換[1]。

CNI系統(tǒng)采用電源模塊作為二次電源，將機載電源轉換為系統(tǒng)內部各模塊使用的電壓。電源模塊主要實現(xiàn)電壓轉換、輸入短路保護、尖峰電壓抑制、50ms轉電維持、浪涌電壓抑制、電源沖擊電流抑制等功能。電源模塊決定了整個CNI系統(tǒng)內部電源的穩(wěn)定性，繼而影響整個CNI系統(tǒng)功能性能的實現(xiàn)，因此電源模塊的設計極為重要。本文對某型號高級教練機CNI系統(tǒng)多通道電源模塊的關鍵指標進行總體設計和論述[2]。

1 主要功能及技術指標

根據(jù)機載供電要求，合CNI系統(tǒng)的供電拓撲圖見圖1。根據(jù)機載電源系統(tǒng)的設計，飛機提供3路+28V電源。系統(tǒng)后端模塊工作電壓分別為一路24V，兩路5V。即電源模塊需要將直流28V輸入變換為3組直流輸出。

電源模塊主要功能要求：

1） 實現(xiàn)電壓轉換功能；

2） 實現(xiàn)輸入短路保護功能；

3） 實現(xiàn)尖峰電壓抑制功能；

4） 具備故障檢測上報功能；

5） 電壓變換通道二具備50ms轉電維持功能。

如圖2所示，電源模塊主要由輸入短路保護電路、尖峰電壓抑制電路、輸入濾波電路、電壓變換電路、輸出濾波電路、輸出防倒灌電路、加電控制電路及電壓檢測電路等部分組成[3]。輸入短路保護電路：在過流或短路情況出現(xiàn)時，保險絲會熔斷以保護后級模塊。輸入濾波電路：用于 EMI 濾波、防雷和尖峰電壓抑制作用。電壓變換電路：分別將兩路 28V 輸入電壓轉換為兩路 28V 輸出給后級設備供電。輸出濾波電路：用于輸出端的濾波，減少紋波干擾[4]。

2 方案設計

2.1 電源電壓轉換功能設計

電壓轉換功能將28V直流電源轉換為三組直流輸出，性能指標要求見表 1。

表1中的性能指標提供了基于實際電源需求的詳細設計要求。針對載機電源電壓變化范圍較寬的特點，電源模塊電壓轉換電路選取寬壓輸入、高效率的DC/DC模塊，保證系統(tǒng)在載機電源正常、非正常、應急穩(wěn)態(tài)電壓下，正常穩(wěn)定可靠工作[5]。

3 個電壓變換通道輸入電壓特性一致，輸出功率要求分別為80W、250W、160W。電源模塊總輸出功率490W，功率密度高、散熱困難，所以選擇高效率的DC/DC變換器，減小功耗、降低電源模塊的溫升，從而提高可靠性，是電路設計中的首要考慮因素。各電壓變換器通道設計如下。

1） 變換器輸入電壓范圍設計為9～36V滿足輸入指標16.5～32V的要求， 以及LDC501啟動電壓瞬變（12V電啟動要求）。

2） 通道1變換器功率為140W滿足指標≥80W的要求，140W功率變換器可以保證后端負責正常啟動。通道2所選變換器功率為250W滿足指標≥250W的要求。該輸出為兩路冗余輸出每路額定輸出250W，滿足指標額定輸出功率250W要求。通道3所選變換器功率為150W滿足指標≥150W的要求。

3） 所選變換器的輸出電壓調節(jié)范圍80%～110%，電路設計時可通過trim端調節(jié)輸出電壓，可滿足24.0～24.5V的指標要求；

4） 所選變換器的電壓調整率≤0.2％，可滿足電源模塊源效應≤1.0％的指標要求；

5） 所選變換器的電流調整率≤0.5％，考慮輸出電路印制線及連接器壓降，設計時加寬輸出電路印制板走線、選擇合理的導線線徑，電源模塊可滿足負載效應≤3.0％的指標要求。

6） 所選變換器輸出紋波≤150mV，經輸出濾波電路濾波處理后，輸出紋波≤60mV。滿足指標≤100mV要求。

7） 電源模塊中選用的變換器內部具有過熱保護功能，當電源模塊內部溫度超過過熱保護點時，DC/DC變換器停止工作，當溫度降低至過壓溫保護點以下時，DC/DC變換器恢復工作。

主要指標見表2。

2.2 輸入短路保護電路設計

輸入短路保護電路設計主要目的是在當電源模塊內部輸入端發(fā)生短路時，可以及時與機載供電電源斷開，避免供電電源輸出端短路保護引起使用此供電電源的其他設備無法正常工作。本方案在電壓變換通道的最前端都設計了輸入短路保護電路，輸入短路保護功能使用熔斷器（保險絲） 來實現(xiàn)[6]。

各路輸入端選用保險絲指標見表 3，選擇適當額定值的熔斷器，以確保其能充分反映設計的安全指標。

2.3 尖峰電壓抑制電路設計

尖峰電壓抑制電路旨在防止輸入電源在突然上電或下電時的異常電壓，以及過壓瞬變和欠壓瞬變時，產生過高尖峰觸發(fā)電源模塊故障或保護而無輸出。本方案中電源模塊的輸入端并聯(lián)有瞬態(tài)電壓抑制二極管V1及V2，可將輸入正端的600V尖峰電壓抑制到60V以下，輸入負端尖峰電壓抑制在36V以下，保證后級電路可正常工作。電路原理圖如圖 3所示[7]，圖中V1和V2分別為TVS管，C1為電容。

器件指標見表 4。

2.4 工作狀態(tài)檢測功能設計

2.4.1 輸入檢測上報電路設計

輸入電壓狀態(tài)檢測用于監(jiān)測輸入電壓，并提供狀態(tài)反饋，監(jiān)測點位于儲能電容之前；上報邏輯：輸入電壓狀態(tài)信號接地，表示輸入電壓正常，輸入電壓狀態(tài)信號懸空，輸入電壓故障；輸入電壓上報使用故障上報信號1；數(shù)字地（DGND） 不與電源模塊外殼相連，數(shù)字地外部相連不影響電路正常工作；上報電路故障時，保證電源模塊正常工作[8]。

工作狀態(tài)檢測采樣電路檢測28V1_IN輸入電壓，通過光電耦合器隔離輸出狀態(tài)指示信號。當被檢測的輸入電壓正常時，光耦的初級導通（電流約5.6mA） ，同時光耦的次級也都導通，狀態(tài)檢測信號接地，表示電源模塊輸入電壓正常；當28V1_IN輸入電壓故障時，光耦不導通，狀態(tài)檢測信號懸空，表示電源模塊輸入故障。電路原理圖見圖 5。

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圖5" 輸出故障檢測及上報電路圖

2.4.2 輸出檢測上報電路設計

輸出電壓故障檢測：輸出電壓變換通道進行故障檢測，由于每路電壓變換通道都是備份形式，因此故障檢測點位于每個防反灌電路之前。故障上報信號路數(shù)：3路（輸出） ，電壓變換通道1使用故障上報信號2，電壓變換通道2使用故障上報信號3、電壓變換通道3使用故障上報信號4。上報邏輯：故障上報信號接地，電壓變換通道正常，故障上報信號懸空，電壓變換通道故障；數(shù)字地（DGND） 不與電源模塊外殼相連，數(shù)字地外部相連不影響故障檢測上報電路正常工作；故障檢測上報電路故障時，保證電源模塊正常工作。

工作狀態(tài)檢測采樣電路檢測各電壓變換通道的輸出電壓，通過光電耦合器隔離輸出狀態(tài)指示信號。當被檢測的輸出電壓正常時，所有光耦的初級都會導通（電流約5.6mA） ，同時光耦的次級也都導通，各狀態(tài)檢測信號為接地，表示電源模塊工作正常；當其中某一路無輸出，其對應的光耦不導通，狀態(tài)檢測信號中對應的一路為懸空，表示電源模塊發(fā)生故障。電路原理圖見圖 6。

2.5 50ms轉電維持電路設計

在飛機轉電過程中（如地面電源轉飛機電源、空中匯流條切換等） ，載機電源會出現(xiàn)時間不大于50ms的供電中斷。為保證50ms轉電時系統(tǒng)不出現(xiàn)重啟現(xiàn)象，綜合CNI系統(tǒng)用電設備采取內部放置高密度電容進行儲能的方式滿足轉電需求[9]。

5V/250W輸出50ms轉電采用有升壓維持模塊的儲能電路，電路原理圖如圖4所示。當電源模塊上電工作時，電源維持模塊N1將輸入的直流28V升壓到36V，通過電阻器R1對儲能電容器C2充電，當儲能電容器電壓充電到36V時，電源維持模塊N1停止工作。當輸入端電壓下降到14～16V之間時，電容器C2通過二極管V2放電，維持電源模塊在50ms掉電時對后級DC/DC變換器供電[10]。

3 主要指標符合性分析

根據(jù)方案設計情況，對功能及性能要求和設計情況進行符合性對照分析，主要指標符合性分析見表 6，各項指標均符合設計要求。

4 結束語

本文根據(jù)綜合CNI系統(tǒng)內部模塊工作電壓使用需求，討論和設計了多通道電源模塊的實現(xiàn)，未來研究可以考慮進一步優(yōu)化電源模塊的設計，以適應更復雜的機載電子系統(tǒng)需求。電源模塊可以實現(xiàn)機載電源的供電轉換，作為二次電源完成對CNI系統(tǒng)內部功能模塊的供電。本方案設計合理、可行，且未發(fā)現(xiàn)技術風險，適合未來工程項目的應用與參考。

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【通聯(lián)編輯：梁書】