KR87 型ADF 自動定向機電源控制電路設計與實現

馮 銳，錢 偉，黃 鋆

（中國民用航空飛行學院，四川德陽 618307）

1 KR87 型ADF 接收機供電要求分析

根據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 電壓是用于指示驅動電壓的基準[2]。考慮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，并具備將28 V 直流電壓轉化為+189 V、+12 V、+5 V、+4.5 V 電壓的功能，以驅動接收機正常工作。

2 KR87 型ADF 接收機電源盒設計

參考同類電源的設計思路，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。所以本設計需要使用控制勵磁電流的方式實現整個電源盒次級電壓的控制，其設計思路如圖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 線性穩壓芯片將14 V 或28 V直流電壓轉換為5 V 的直流電壓，該芯片具有體積小、線性可控的特點，適用于各種穩壓整流電路。由于飛機發電機在工作過程中會受發動機轉速的影響，容易造成發電機輸出電壓波動。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 的穩壓二極管用于過壓保護。變壓整流電路設計如圖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生的感應電流的大小，本設計采用4 個電壓比較器進行電壓比較器模塊的設計。

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，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為低電平，使C306通過R330和R315 放電。電位器R330 用于調整電路的時間常數和振蕩頻率[3]。

第2 路電壓比較器模塊A 和第3 路電壓比較器模塊C 為比較穩壓模塊。其中，比較器I302A 監視+189 V 線路和開關狀態，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，從而設定了比較器I302C 的開關閾值，其輸出為恒定頻率、可變占空比的開關信號。

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，關閉I302C，從而關閉開關晶體管，實現電路的限流保護功能。電壓比較控制電路設計如圖3 所示。

圖3 電壓比較控制電路

2.1.3 三極管開關電路設計

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 驅動三極管Q302，Q302 向功率晶體管Q303 提供附加的基極驅動電流，該基極驅動電流控制功率晶體管的開關。當I302C 的輸出為低電平時，Q301關斷，因此Q302、Q303 關斷，Q303 的關斷時間減少，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網絡反饋電壓，從而調節開關網絡中Q301的通斷，以控制勵磁電流，從而控制變壓器次級輸出電壓。三極管開關電路設計如圖4 所示。

圖4 三極管開關電路

2.1.4 變壓整流濾波電路設計

電源電壓經過變壓器T301，實現KR87 型ADF 接收機所需電壓的變換。變壓器次級共設計了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生的交流電轉化為直流電。變壓整流濾波電路設計如圖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 電壓電路設計

通過整流二極管與電解電容組成的整流濾波網絡只能實現最基本的交流—直流轉換，整流濾波后產生的直流電中含有大量雜波，電壓不穩定，而KR87 型ADF 接收機內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，而需要通過調節控制電路把+6.2 V 電壓轉化為+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 電壓電路設計如圖6 所示。

圖6 +4.5 V 基準電壓和標準+5 V 電壓產生電路

除此之外，為了保證輸入電壓的穩定性，本設計采用了兩級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 變壓整流電路前設計一只33 V 穩壓二極管，用于電路的過壓保護，從Q303 的發射極引出電壓到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結到一起，便構成了其電源盒的整體電路。利用CAD軟件進行PCB 板的設計與制作，得到印制電路板（圖7）。焊接組裝相關電子元器件，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，可以滿足驅動KR87 型ADF 接收機正常工作的需要。