某型機載計算機電源模塊延時上電電路改進設計

梁易

（中電天奧有限公司 四川省成都市 610036）

某型機載計算機[1]由多種模塊組成，如圖 1 所示，其中電源模塊主要將飛機電源進行電壓變換等處理后為各功能模塊供電。由于機載電源存在一個供電轉(zhuǎn)換過程[2]，供電轉(zhuǎn)換期間供電出現(xiàn)短時中斷，即 0V/50ms，要求本機載計算機不能出現(xiàn)死機的情況，在供電恢復后，設備自動恢復正常工作。為避免機載計算機在供電轉(zhuǎn)換時死機現(xiàn)象，需要在電源模塊內(nèi)部設計一種延時上電電路。以往延時電路設計復雜，器件多易損壞，本文采用簡單的元器件進行延時電路設計，達到更優(yōu)效果。

1 電路設計

1.1 電源模塊原理

電源模塊原理框圖如圖 2 所示，輸入28V 電源通過尖峰電壓抑制電路、過壓浪涌抑制電路、輸入濾波電路，DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊和輸出濾波電路后，為其他功能模塊供電。

DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊將28V 輸入電源轉(zhuǎn)換為12V 電源輸出，其具有隔離功能、過流短路、過壓保護、過溫保護、欠壓保護、同步等功能，DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊外部關斷管腳（On/Off）可實現(xiàn)電源模塊的關斷或開啟功能，+S、-S 端子補償電源模塊輸出引線較長而引起的壓降。

1.2 死機原因分析

由于DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊輸出Vout 正負之間并有使用大量電容，使得在供電轉(zhuǎn)換時輸出Vout 只是出現(xiàn)一個瞬時電壓下跌，并未完全跌至0V，如圖 3（A）所示，而機載計算機功能模塊內(nèi)部集成了大量FPGA、PPC、DSP 等嵌入式芯片，當功能模塊輸入供電出現(xiàn)圖 3（A）所示的電壓下跌時，內(nèi)部芯片很容易發(fā)生時序錯亂，跑飛情況，導致機載計算機工作紊亂，出現(xiàn)死機。

解決該問題的方法是，設計一種延時上電電路，當電源模塊輸入端出現(xiàn)供電中斷時，延時電路工作，通主動關斷DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊的On/Off端子，并持續(xù)250ms（工程經(jīng)驗值）以上，如圖 3（B）所示，保證所有功能模塊完全掉電后再啟動。

1.3 原延時電路設計情況

以往延時電路主要由4 部分組成，如圖4 所示，采樣電路使用電阻分壓方式采集供電轉(zhuǎn)換期間的瞬時掉電信號；比較電路采用差分比較器，將掉電信號和設定門限電平進行比較產(chǎn)生掉電脈沖信號；觸發(fā)電路主要采用觸發(fā)器實現(xiàn)，通過掉電脈沖信號觸發(fā)，產(chǎn)生一個250ms（時間可調(diào)）左右的延時脈沖，去控制DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊的外部關斷管腳（On/Off），主動將DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊關斷250ms 左右；輔助供電電路采用線性穩(wěn)壓器，將輸入28V 轉(zhuǎn)化為5V 電源，為比較電路、觸發(fā)器等芯片供電。

圖1：某型機載計算機供電拓撲圖

圖2：電源模塊原理框圖

圖3：供電中斷時DC/DC 模塊輸出響應圖

圖4：延時電路原理框圖

雖然該電路實現(xiàn)了延時上電功能，解決了計算機供電轉(zhuǎn)換期間死機問題，但是電路本身復雜，使用器件較多，比較器、觸發(fā)器、輔助供電的線性穩(wěn)壓器任何一個器件失效，將導致整個延時電路失效，可靠性不高，且占用空間體積較大，對于機載產(chǎn)品，該型電路不是最優(yōu)選擇。

1.4 改進延時電路設計

圖5：延時電路原理圖

圖6：延時電路仿真結果圖

改進延時電路[3]通過檢測DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊輸出電壓Vout，采用RC 放電產(chǎn)生延時時間，控制DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊關斷達到輸出Vout 延時目的。如圖5 所示。

初次上電時，Vout=0，光耦U1A 未導通，電容C1 未充電，三極管Q2 未導通，On/off信號懸空，DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊正常上電工作（On/off信號懸空時，DC/DC 模塊正常工作，On/off信號接地時，DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊停止工作），當Vout 建立電壓后，光耦U1A、U1B、U1C 導通，電容C1 開始充電，選擇5.1V 的穩(wěn)壓二極管與C1 并聯(lián)，最終C1 兩端電壓穩(wěn)定建立在5.1V。

當輸入Vin 出現(xiàn)供電轉(zhuǎn)換而導致輸出Vout 出現(xiàn)電壓下跌至8.2V左右時（選擇6.8V 穩(wěn)壓二極管，U1A、U1B 初級導通電壓為0.7V左右），光耦U1A、U1B、U1C 關斷，三極管Q1 導通，電容C1 放電，使得三極管Q2 導通，On/off信號接地，DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊停止工作，當電容C1 放電至Q1、Q2 無法導通時，On/off信號懸空，DC/DC轉(zhuǎn)換模塊重新上電正常工作，電容C1 放電時間就為延時時間，通過調(diào)整C1 和R4 的值調(diào)整延遲時間的長短，C1 和R4 按公式（1）進行計算取值：

上式中：Td為延時時間，本文取Td=250ms；Ut為電容C1 放電初始電壓，本文Ut=5.1V，Vt為Q2 關斷時刻電容C1 電壓值，本文Vt=0.7V，計算得，R4×C1=125.8875*10-3，因此可按C1 可選50uF，R4可選2.5kΩ，考慮到低溫電容容量溫漂特性，建議工程中C1 容量值按計算值的30%進行降額選擇。

對延時電路進行可靠性分析，若U1B、U1C 不進行并聯(lián)冗余，那么當光耦發(fā)生無法導通故障時，On/Off信號會一直處于接地狀態(tài)，DC/DC 模塊一直關斷，因此，對U1B、U1C 光耦采取了并聯(lián)冗余設計，增強其可靠性。

1.5 實驗驗證

在Multisim 仿真軟件上搭建電路模型進行電路原理仿真，如圖 6 所示，電路工作正常，符合設計原則。

2 結束語

電源模塊是機載計算機中最關鍵的模塊，是機載計算機穩(wěn)定工作的基礎，本文采用基礎元器件對原延時電路進行改進設計，實現(xiàn)了電路小型化，簡單化，更加提高了機載計算機的可靠性。