一種機載電源掉電檢測電路設計

王雪健 董 凱 王若璇 孫靖國 李子河

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著航空技術的發展，人們對機載設備的可靠性要求越來越高，尤其是在機載計算機電路系統中，掉電檢測電路是至關重要的一部分。掉電檢測電路的作用是時刻檢測機上28 V匯流條的電壓，當電壓下降到一定值時，掉電檢測電路發出欠壓信號，當CPU檢測到這個信號后，進行一系列的動作，例如啟動備用蓄電池、保存數據、復位等。本文提出了一種機載電源的掉電檢測電路，具有響應迅速、抗擾動、測試性好的特點。

目前機載設備中的掉電檢測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電壓相比，輸出掉電檢測信號[1]，如圖1所示。該方法優點是原理簡單，設計參數易調；缺點是抗擾動能力差，容易誤觸發掉電信號。本文提出的掉電檢測電路在原基礎上進行了改進，使改進后的檢測電路具有滯回比較功能，安全性、測試性更好。

圖1 傳統掉電檢測電路

1 抗擾動設計

首先，在上述電路基礎上，通過引入正反饋電阻，組成滯環電壓比較器，增強檢測電路的抗擾動能力，通過調節正反饋電阻和同相輸入端的輸入電阻比值，能夠調節滯環比較器的滯環窗口大小[2]，如圖2所示。

圖2 改進掉電檢測電路

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，U0輸出高電平；UI從大于UP2的值逐漸減小到UP1時，U0輸出低電平。曲線具有方向性，如圖3中標記。通過調節R27和R65的電阻比值，可調節滯回比較器的滯回區間大小，即[R27/（R65+R27+R64）]VCC。

圖3 滯回比較器電壓傳輸曲線

2 安全性設計

為了提高安全性，希望在檢測到掉電時立即發出掉電信號，而在供電恢復后，輸入電壓保持正常一段時間再發出正常信號，以確保輸入電壓穩定正常，即不正常情況立即反應，正常情況延時反應。為此，設計RC電路，使其電容具有“慢充快放”的特性。在第一級比較器輸出后增加兩個三極管，由第一級比較器輸出控制三極管的導通、關斷，進而控制電容的充放電，電容電壓作為第二級比較器的同相輸入。當輸入電壓正常時，三極管不導通，電容通過電阻緩慢充電，達到比較門限電壓后發出高電平正常信號，實現延遲發送正常信號；當輸入進入欠壓時，三極管導通，電容通過三極管迅速放電，第二級比較器輸出發低電平欠壓信號，實現掉電信號立即發出。

當比較器N2反相輸入端電壓低于UP1時，N2輸出端為高電平，V23導通，R66、R67電阻經過分壓后，V24導通，電容C71的儲能通過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，掉電檢測電路發出欠壓信號，如圖4所示。

圖4 欠壓情況下C71電容放電

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

圖5 正常情況下電容C71充電延時

當輸入電壓低于欠壓門限值時，UV欠壓信號迅速翻轉為低電平，當輸入電壓高于欠壓門限值時，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，具有延時翻轉的功能，防止輸入電壓擾動導致誤發正常信號，從而造成機上設備誤判。同時，為了機上設備的安全性，在延遲時間內，如果輸入電壓再次低于門限值，電容C71儲能被再次放掉，重新計時，同時立即發出欠壓信號，以便機上用電設備及時作出反應。

3 測試性設計

最后，為提高電路測試性，便于在外部測試欠壓檢測電路的功能完整性，在第一級比較器反相輸入端增加一個光耦隔離電路。光耦的初級接外部激勵信號，次級接比較器反相輸入端。在輸入電壓正常的情況下，置掉電激勵信號為高電平，次級光耦導通，第一級比較器反相輸入端被拉低，檢測電路發出欠壓信號；當掉電激勵信號懸空時，次級光耦不導通，掉電檢測電路發正常信號；通過外部激勵檢測欠壓信號是否翻轉，確定掉電檢測電路的功能是否正常。

測試性電路如圖6所示，D4為穩壓管，D4和C76起保護作用，防止尖峰電壓損傷光耦。在測試環境下，輸入接28 V正常輸入電壓，當光耦初級UV_STIM接高電平信號時，光耦初級有電流流過，光耦次級導通，將比較器N2的反相輸入端通過電阻R60拉低，強制掉電檢測電路發出欠壓信號。當UV_STIM懸空或接地時，光耦初級無電流，光耦次級不導通，掉電檢測電路發正常信號。通過強制發欠壓信號，檢測掉電檢測電路比較器翻轉是否正常，便于機載電源在維護或測試時，檢測掉電檢測電路的功能是否正常。

圖6 欠壓激勵測試電路

4 結語

本文提出了一種改進的機載電源欠壓檢測電路設計，通過比較器正反饋電阻組成滯回比較器，提高了抗擾動能力。進一步，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后發送正常信號，而對于輸入電壓低于欠壓門限，則立刻發送欠壓信號，保證機上設備安全性。最后，增加了欠壓激勵信號用于在維護或自檢狀態確認欠壓保護電路的功能，提高了可測試性。該方案在增加少量器件的前提下，提供了一種抗擾動、安全性高、測試性好的機載電源欠壓檢測電路。