模块电源辅助功能的研制
3 输出电压保持时间
3.1 保持时间的定义
开关电源中由于滤波电容的存在，在输入电压降低或关闭的过程中，使得输入电网电压从最低值到输出电压下降到系统无法正常工作的临界值时，输出电压能够维持一段时间，这段时间称之为输出电压保持时间。
对于机载设备，按照国军标GJB181-86对用电设备的要求，输出保持时间有两个含义。一是指当输入电压欠压时，即直流输入电压降到8V，交流输入电压降到70V时，系统应能满足50ms的保持时间要求，也就是系统要能正常工作50ms。另一种是指当输入电压彻底断开时，系统输出电压能够保持多长时间，使得系统仍能够工作。
3.2 保持时间的计算方法
交流输入整流电路和整流波形分别见图4，图5。
图4 交流输入整流电路
图5 交流输入的整流波形
从图5中可以看出，从t0时刻开始，整流桥输出电压大于储能电容器C上的电压，整流桥导通，输入电网对C充电，同时向负载提供能量。在t1时刻，整流桥输出电压达到最大值，限流电阻R上的电压也达到最大值URm。然后整流桥电压开始下跌，C也开始放电，并和电网一起通过开关向负载提供能量直至t2时刻。而此时刻整流桥上的电压与电容上的电压相等，电阻R上的电压为零。在以后的t2～t3时间内，电容器处于放电状态，C放电直至t3时刻结束。
从以上的描述中，可以把在放电后t2至t3这一段时间称为输出电压维持时间tk，用公式表示为
tk=t3－t2 （1）
当t0到t1、t2的时间远小于tk时,则可近似认为电容C在tk时间内向负载提供能量,也即是开关电源的输入功率Pi.如果用U2、U3表示t2、t3时刻对应的输入电压,则维持时间可用公式表示为
tk=
（2）
在直流供电条件下,开关电源输出保持时间tk的计算公式是
tk=
（3）
式中：U2——输入电压最低时的电压值；
U3——输出电压下降到临界值时对应的输入电压。
3.3 延长输出保持时间的方法
由上述分析结果可以看出，输出保持时间的长短主要与输入电容Ci，电源输入功率Pi，t2、t3时刻对应的电压值U2、U3有关外，还与输出电容和输出负载也有一定的关系。虽然增加输出电容量亦可增加保持时间，然而增加输出电容量就意味着增加电源的体积和重量，而放电时间相对于充电时间较快，且与负载有关,因此相对于输入电容，输出电容对保持时间的影响几乎可以忽略不计。在体积重量允许的情况下,采取多个电容并联的方式来增大Ci容量，可延长输出保持时间。然而，随着输入电容的增大，电源启动瞬间的浪涌电流也会增大，使得功率管的峰值电流应力增加，从而增加了功率管的成本，降低了电路开启工作的可靠性。权衡考虑，除增加储能电容的容量外，适当设计辅助电路，使其在电网正常时不工作，仅仅在欠压瞬间工作，这样就可以减小启动瞬间的浪涌电流，提高正常工作时的电源效率，并且能够延长输出电压的保持时间。
对于直流供电的模块电源一般采用辅助升压电路，当供电电源低于某一设定值时，升压电路开始工作，将输入电压升高，使得在低输入电压情况下电源也能正常工作，从而拉宽了电网的工作范围，使电源在低电压和断电两种情况下的保持时间均得到了延长。
对于交流供电的模块电源，一般的模块电源均能满足宽输入电压的要求，因此延长保持时间主要指的是延长输入电压断电时的保持时间，采用图6所示的辅助电路可以将电源的保持时间延长将近1倍。其工作原理是，当输入电压正常时，电容C2上的电压为整流后的电压，且该电压经过二极管D和电阻R向电容C1充电，一旦电容C2上的电压低于C1上的电压，二极管D截止，电容C1上存储一定的电压，功率管Q1不导通时，只有电容C2上的电压加至模块电源上。当输入电压下降后，其它检测单路输出的控制信号加至Q2上，使Q1导通，而此时电容C2上的电压低于C1上的电压，这样C1上的电压向模块供电，相当于模块电源的输入电压升高，其结果必然使输出保持时间延长，而这部分电路在电网正常时并不工作，因此不会带来启动瞬间电流增大的问题。
图6 延长保持时间电路图
4 结语
由于使用了过、欠压保护电路，不仅使电源本身的保护能力得到加强，也使得电源的智能化水平有所提高。将电源正常指示信号和过、欠压信号通过接口电路加到计算机上，可以方便地检测电源的工作，提高电源的可测试性，进而提高了电源的可维护性。
使用辅助电路延长输出电压的保持时间，不仅电路结构简单，而且也较好地解决了增大输入电容与延长保持时间之间的矛盾，降低了起动瞬间的浪涌电流。
正是由于使用了上述电路，增大和完善了模块电源的功能，加上模块电源本身所具有的体积小、重量轻、集成度高和可靠性高等优点，模块电源势必会在机载领域得到广泛的应用。
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