CN108471229A - 一种双独立闭环的浪涌抑制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双独立闭环的浪涌抑制电路，旨在用以改善现有电路存在的生产成本高，占用体积大，不利于机载电路精细化需求等问题。本发明的技术要点包括：一个直流电源、一个电感、一个电容、一个场效应管、一个误差放大器、一个单刀双掷模拟开关及一个滞环比较器；所述误差放大器的输出端与所述场效应管的栅极相连，同时，输入至所述滞环比较器的输入端；所述误差放大器的正向输入端输入控制参考电压，所述误差放大器的负向输入端与所述单刀双掷模拟开关的公共端相连；所述单刀双掷模拟开关的触点1和触点2分别与采样电流和电压相连；所述滞环比较器的输出端是根据所述误差放大器输出的电压大小来选择所述单刀双掷模拟开关触点的导通。

Description

一种双独立闭环的浪涌抑制电路
技术领域
本发明属于航空电力电子控制技术领域，涉及一种浪涌抑制电路，尤其涉及一种双独立闭环的浪涌抑制电路。
背景技术
现有机载大功率发射机的供电设备，通常采用直流供电电路，其中直流电源可由机载交流电经整流变换后提供，供电电路中串联有电感、电容和场效应管。电感和电容组成滤波器，经场效应管接入直流电源，滤波器后级连接负载，通过控制的通断，可开关负载的供电。
为适应发射机在脉冲发射时的大功率波动，电容的容值通常很大，这会在快速开通场效应管时造成很大的浪涌电流，导致供电兼容性差，甚至导致保险丝熔断。为了抑制这一浪涌电流，通常基于误差放大器构成电流的负反馈，对启动电流进行闭环控制。这一技术是将目标电流和实际电流的信息输入误差放大器，用放大后的误差去调节场效应管的栅极电压，从而实现电流的闭环控制。
同时，负载正常供电后，电源在产生GJB181《飞机供电特性》所规定的正常过压瞬变时，会使负载承受浪涌电压，易导致其损坏。为了抑制这一浪涌电压，通常基于误差放大器构成电压的负反馈，对输出电压进行闭环控制。这一技术是将目标电压和实际电压的信息输入误差放大器，用放大后的误差去调节场效应管的栅极电压，从而实现电压的闭环控制。
现有技术中，为了同时实现上述电流和电压的闭环控制，需分别使用一组独立的场效应管和误差放大器。这样的双独立闭环控制电路的设计，由于不能共用器件，生产成本高，占用体积大，不利于机载电路精细化的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种双独立闭环的浪涌抑制电路，能够共用场效应管和误差放大器，同时实现启动电流和浪涌电压的闭环控制，节约生产成本，占用体积小，使机载供电电路更加精细化。
本发明采用的技术方案如下：
包括一个直流电源、一个电感、一个电容、一个场效应管、一个误差放大器、一个单刀双掷模拟开关及一个滞环比较器；所述直流电源的负极与所述场效应管的源极相连接地；所述直流电源的正极经串联的所述电感和所述电容与所述场效应管的漏极相连；所述误差放大器的输出端与所述场效应管的栅极相连，同时，输入至所述滞环比较器的输入端；所述误差放大器的正向输入端输入控制参考电压，所述误差放大器的负向输入端与所述单刀双掷模拟开关的公共端相连；所述单刀双掷模拟开关的触点1与采样电流相连，所述单刀双掷模拟开关的触点2与采样电压相连；所述滞环比较器的输出端是根据所述误差放大器输出的电压大小来选择所述单刀双掷模拟开关触点的导通。
进一步，所述场效应管为N沟道增强的功率MOS管。
进一步，所述采样电流为所述电容的充电电流，所述采样电压为所述电容的电压。
进一步，所述滞环比较器上预设有具有一定区间的比较值，当所述误差放大器输入到所述滞环比较器输入端的电压小于所述滞环比较器上预设的下比较值时，所述滞环比较器的输出端导通所述单刀双掷模拟开关的触点1，构成启动电流的闭环控制。
进一步，所述滞环比较器上预设有具有一定区间的比较值，当所述误差放大器输入到所述滞环比较器输入端的电压大于所述滞环比较器上预设的上比较值时，所述滞环比较器的输出端导通所述单刀双掷模拟开关的触点2，构成浪涌电压的闭环控制。
进一步，串联的所述电感和所述电容组成滤波器，用于对所述浪涌抑制电路进行滤波。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明设计了启动电流和浪涌电压的双独立闭环控制电路，通过共用同一组独立的场效应管和误差放大器，有效地实现了浪涌电流和浪涌电压的抑制功能。由于场效应管的内阻较小，不但有效的降低了稳定工作时的功率损耗，还起到了短路负载的保护作用，同时，本发明相较于现有技术更加简洁有效，降低了生产成本，占用体积小，使机载供电电路更加精细化。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1所示为本发明双独立闭环的浪涌抑制电路原理图；
图2所示为本发明双独立闭环的浪涌抑制电路仿真波形图；
图中标记：
Vdc是直流电源；L是电感；C是电容；Q是场效应管；U是误差放大器；Vref是控制参考电压；K是单刀双掷模拟开关；1是单刀双掷模拟开关触点1；2是单刀双掷模拟开关触点2；Com是滞环比较器；i是采样电流；v是采样电压。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
本发明提供了一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其较优实施例如图1所示。包括一个直流电源Vdc、一个电感L、一个电容C、一个场效应管Q、一个误差放大器U、一个单刀双掷模拟开关K及一个滞环比较器Com；所述直流电源Vdc的负极与所述场效应管Q的源极相连接地；所述直流电源Vdc的正极经串联的所述电感L和所述电容C与所述场效应管Q的漏极相连；所述误差放大器U的输出端与所述场效应管Q的栅极相连，同时，输入至所述滞环比较器Com的输入端；所述误差放大器U的正向输入端输入控制参考电压Vref，所述误差放大器U的负向输入端与所述单刀双掷模拟开关K的公共端相连；所述单刀双掷模拟开关K的触点1与采样电流i相连，所述单刀双掷模拟开关K的触点2与采样电压v相连；所述滞环比较器Com的输出端是根据所述误差放大器U输出的电压大小来选择所述单刀双掷模拟开关K触点的导通；
所述采样电流为所述电容的充电电流，所述采样电压为所述电容的电压；所述滞环比较器Com上预设有具有一定区间的比较值，当所述误差放大器U输入到所述滞环比较器Com输入端的电压小于所述滞环比较器Com上预设的下比较值时，所述滞环比较器Com的输出端导通所述单刀双掷模拟开关K的触点1，构成启动电流的闭环控制；当所述误差放大器U输入到所述滞环比较器Com输入端的电压大于所述滞环比较器Com上预设的上比较值时，所述滞环比较器Com的输出端导通所述单刀双掷模拟开关K的触点2，构成浪涌电压的闭环控制。所述场效应管Q为N沟道增强的功率MOS管；串联的所述电感L和所述电容C组成滤波器，用于对所述浪涌抑制电路进行滤波。
上述浪涌抑制电路设计了启动电流和浪涌电压的双独立闭环控制电路，通过共用同一组独立的场效应管Q和误差放大器U，有效地实现了浪涌电流和浪涌电压的抑制功能。由于场效应管Q的内阻较小，不但有效的降低了稳定工作时的功率损耗，还起到了短路负载的保护作用，同时，相较于现有技术更加简洁有效，降低了生产成本，占用体积小，使机载供电电路更加精细化。
实施例2：
本实施例是在实施例1所述较优实施例的基础上对本发明电路实际实施应用作进一步说明。
在本发明实施例1的基础上进行具体参数配置如下：
1)直流电源Vdc的额定电压为270V，浪涌电压为440V/100ms；
2)电容C的容值为2000uF，其启动充电电流为2A，输出抑制电压为330V；
3)控制参考电压Vref为5V，对应的电流检测系数为5V/2A，电压检测系数为5V/330V；
4)滞环比较器Com的下门限值为2V，上门限值为6V。
在本发明的一个具体实施例中，本发明浪涌抑制电路的工作原理如下：
1)在启动阶段，误差放大器U的输出电压较低，小于滞环比较器Com上预设的下比较值。此时，滞环比较器Com输出低电平，单刀双掷模拟开关K的触点1接入误差放大器U，从而构成启动电流的闭环控制。在这一阶段，控制电路会控制场效应管Q工作在线性区，实现直流电源Vdc对电容C进行恒流充电。
2)当电容C的电压逐渐充满后，充电电流也逐渐减小，误差放大器U的输出电压较高，大于滞环比较器Com上预设的上比较值。此时，场效应管Q由线性工作状态转入饱和导通状态，同时使滞环比较器Com输出切换到高电平，控制单刀双掷模拟开关K的触点2接入误差放大器U，从而构成浪涌电压的闭环控制。在这一阶段，当直流电源Vdc产生过压浪涌时，误差放大器U的输出会快速降低，使场效应管Q从饱和区退到线性区，承受额外电压，从而抑制电容C的电压上升。降低的误差放大器U的输出仍大于滞环比较器Com的下比较值，因而不会导致模拟开关的切换。
3)当直流电源Vdc的供电中断或者外控信号关断场效应管Q的开关时，电容C通过负载放电下降，则会导致单刀双掷模拟开关K的触点2电压下降，触发滞环比较器Com的输出翻转，单刀双掷模拟开关K复位到触点1电流闭环反馈状态，从而恢复到初始状态。
可以看出，上述1)和2)两个阶段分别完成了启动电流和浪涌电压的闭环控制，利用同一组场效应管Q和误差放大器U，实现了双独立闭环的浪涌抑制功能，相较于现有技术，电路设计更加简洁，降低了生产成本，缩小了在机载设备中的占用体积。
在本发明的一个具体实施例中，本发明浪涌抑制电路的仿真波形图如图2所示。可以看出，电流闭环控制时，电容电压在恒流充电区线性上升；电压闭环控制时，电容电压在电压抑制区稳定在抑制电压幅值。
如图可见，本发明的双独立闭环浪涌抑制电路独立实现了启动电流闭环控制和浪涌电压闭环控制，能有效地抑制电流和电压的浪涌。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：包括一个直流电源、一个电感、一个电容、一个场效应管、一个误差放大器、一个单刀双掷模拟开关及一个滞环比较器；所述直流电源的负极与所述场效应管的源极相连接地；所述直流电源的正极经串联的所述电感和所述电容与所述场效应管的漏极相连；所述误差放大器的输出端与所述场效应管的栅极相连，同时，输入至所述滞环比较器的输入端；所述误差放大器的正向输入端输入控制参考电压，所述误差放大器的负向输入端与所述单刀双掷模拟开关的公共端相连；所述单刀双掷模拟开关的触点1与采样电流相连，所述单刀双掷模拟开关的触点2与采样电压相连；所述滞环比较器的输出端是根据所述误差放大器输出的电压大小来选择所述单刀双掷模拟开关触点的导通。
2.根据权利要求1所述的一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：所述场效应管为N沟道增强的功率MOS管。
3.根据权利要求1所述的一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：所述采样电流为所述电容的充电电流，所述采样电压为所述电容的电压。
4.根据权利要求1所述的一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：所述滞环比较器上预设有具有一定区间的比较值，当所述误差放大器输入到所述滞环比较器输入端的电压小于所述滞环比较器上预设的下比较值时，所述滞环比较器的输出端导通所述单刀双掷模拟开关的触点1，构成启动电流的闭环控制。
5.根据权利要求1所述的一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：所述滞环比较器上预设有具有一定区间的比较值，当所述误差放大器输入到所述滞环比较器输入端的电压大于所述滞环比较器上预设的上比较值时，所述滞环比较器的输出端导通所述单刀双掷模拟开关的触点2，构成浪涌电压的闭环控制。
6.根据权利要求1所述的一种双独立闭环的浪涌抑制电路，其特征在于：串联的所述电感和所述电容组成滤波器，用于对所述浪涌抑制电路进行滤波。
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