模块电源辅助功能的研制

　　1  前言

　　随着机载技术的不断发展，为了满足机载设备对电源模块的要求，提高可靠性，节约飞机上的能源和空间，缩短研制周期，机载电源模块逐步向小型化、高效化和模块化方向发展，模块电源越来越多地用在了机载电子产品上。虽然模块电源具有许多优点，但在模块电源的研制过程中，由于重点放在了提高电源效率，减小体积上，尤其对输出功率较小的模块电源，其内部空间有限，有许多电源内部不具备输出电路的过欠压保护功能。同时在机载产品中，为了满足国军标GJB181-86对用电设备的要求，在地面电瓶车和机上电源转换期间以及汇流条切换过程瞬间，如何使机上设备正常工作，即怎样提高模块电源输出电压的保持时间，也是模块电源作为机载电源应重点解决的问题。本文针对上述两个问题进行了理论分析，并给出了相应的解决方案。

　　2  过压与欠压保护电路

　　过、欠压保护电路的作用是，当输出电压超过或低于设计值时，把输出限定在某一安全值的范围内，或使输出电压关闭，从而达到保护电源模块和用电设备的双重功效。

　　在以往用分立元器件组成的电源模块中，通常采用齐纳二极管和晶闸管组成的过压保护（OVP）电路（见图1），或集成化的OVP电路。前者的工作原理是，当过压现象发生时，齐纳二极管D发生雪崩击穿使V导通，把电源输出端短路，从而将过压保护转换为过流保护，这种保护一旦发生，只有把电源的输入电压断开几秒钟后，才能使电路恢复正常。而集成OVP保护电路是利用专门的集成电路（如MC3423），将过压采样信号加到感应电压端，当输出电压大于某一额定电压时，集成OVP电路输出高电平，该电平加至脉宽调制器的控制端，使保护电路开始工作。如果过压条件撤出，它可以使电路恢复正常。

图1  齐纳二极管和晶闸管组成的OVP电路

　　使用模块电源时，由于没有独立的脉宽调制器，因此采用上述两种方法进行过压保护是行不通的。为此，选用UC公司生产的UC3903芯片，实现对输出电压的过、欠压保护。

　　2.1  UC3903芯片的性能及特点

　　UC3903系列集成电路可以同时响应4路电压的过、欠压信号，内部的运算放大反向器允许至少1路信号为负电压。其内部包含过、欠压比较器，通用运算放大器，电源过压感应电路，过、欠压延时电路，启动锁存电路和3路OC（集电极开路）门输出电路等。

　　该集成电路内部的故障窗口调节电路可以很容易地实现过、欠压门限电压的编程控制，门限电压以2.5V为基准变化，具有与窗口宽度相关的输入滞后。一旦出现故障，UC3903的三个OC门输出可以吸收超过30mA的负载电流，这三个OC门输出分别对应过压（OV）、欠压（UV）和电源工作正常（Power OK）三种情况。除此之外，UC3903内部还包含一个独立的运算放大器，该运放可以实现其它辅助功能，例如用2.5V输出作为基准电压、感应和放大反馈误差信号。为了防止启动瞬间过压指示的误动作，UC3903内部还具有启动锁存功能。

　　UC3903的工作电压为8～40V，工作电流7mA。器件封装形式有PLCC20、LCC20表面贴装封装形式及双列直插DIP18塑封、陶瓷和表面贴装封装形式。其内部结构如图2所示。

图2  UC3903框图

　　2.2  管脚定义

• 　　VREF   精密的2.5V电压基准，可作为外部电路的基准电压。
• 　　WINDOW    ADJUST    窗口调节。
• 　　SENSE 4 INVERT INPUT    过、欠压信号输入端4反向电压输入端。
• 　　SENSE    1－4    过、欠压信号输入端。
• 　　OV RELAY过压延时。
• 　　OV FAULT 过压故障，信号电平为低电平有效。
• 　　UV FAULT 欠压故障，信号电平为低电平有效。
• 　　POWER  OK  电源工作正常指示。
• 　　LINE/SWITCHER  SENSE  电网/开关感应端。
• 　　OUTPUT    通用运算放大器输出端。
• 　　N.I       通用运算放大器同向端。
• 　　INV.      通用运算放大器反向端。

　　2.3  典型应用

　　UC3903用于3路输出模块电源过、欠压保护电路的典型应用如图3所示。其主要原理是，多路监视器UC3903接收到各路输出电压信号后，分别与过、欠压门限电压比较，经过、欠压比较器检测，输出正常时OC门输出脚11（OV FAULT）、脚12（UV FAULT）、脚14（POWEROK）经过电阻R15上拉为TTL高电平。如果某一路或几路输出电压有故障（过压或欠压），该监控器的脚11，脚12或脚14即输出一个TTL低电平，此电平作为故障告警信号，加至模块电源的控制端，关闭电源模块的输出，实现过、欠压保护。

图3  三路输出模块电源过、欠压保护电路图