CN115903978B - 一种适应宽输入电压的稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电气领域，具体涉及一种适应宽输入电压的稳压电路。电压检测信号正输入至第一电阻R1一端、第三电阻R3一端、第四电阻R4一端、第五电阻R5一端；电压检测信号负输入至第二电阻R2的一端、第一三极管V1的发射极、三端稳压器WY1的负端；第一电阻R1另一端与第二电阻R2的另一端以及第一三极管V1的基极连接；第三电阻R3另一端与第一三极管V1的集电极、第二三极管V2的基极、第六电阻R1一端连接；第四电阻R4另一端与第二三极管V2的集电极连接；第五电阻R5另一端与三端稳压器WY1的正输入端、第一二极管V3的负极、第二二极管V4的正极连接；第六电阻R1另一端与第二二极管V4的负极连接；第一二极管V3的正极与第二三极管V2的发射极连接。

Description

一种适应宽输入电压的稳压电路

技术领域

本发明属于航空电气领域，具体涉及一种适应宽输入电压的稳压电路。

背景技术

符合航空产品使用条件，且输出电压为15V、输出电流不小于300mA的国产稳压器件比较好找，但是，输入直流电压范围一般为18V～30V，最大是16V～40V或9V～36V，不能满足输入直流电压范围不小于18V～60V的要求，所以，需要设计一种电路，来解决宽输入电压条件下的稳压问题。

发明内容

发明目的：提供一种适应宽输入电压的稳压电路，来解决宽输入电压条件下的稳压问题。

技术方案：

一种适应宽输入电压的稳压电路，包括：三端稳压器、6个电阻，两个三极管以及两个二极管，其中，

电压检测信号正输入至第一电阻R1一端、第三电阻R3一端、第四电阻R4一端、第五电阻R5一端；

电压检测信号负输入至第二电阻R2的一端、第一三极管V1的发射极、三端稳压器WY1的负端；

第一电阻R1另一端与第二电阻R2的另一端以及第一三极管V1的基极连接；

第三电阻R3另一端与第一三极管V1的集电极、第二三极管V2的基极、第六电阻R1一端连接；

第四电阻R4另一端与第二三极管V2的集电极连接；

第五电阻R5另一端与三端稳压器WY1的正输入端、第一二极管V3的负极、第二二极管V4的正极连接；

第六电阻R1另一端与第二二极管V4的负极连接；

第一二极管V3的正极与第二三极管V2的发射极连接。

进一步地，R5为电压检测信号最小值与三端稳压器WY1的正输入端的电压下限的差值与三端稳压器WY1的输入电流的比值。

进一步地，三极管V1和V2的为3DK9D三极管。

进一步地，二极管V3和V4的为BZG05H二极管。

进一步地，三端稳压器WY1为CW78M15K型稳压器。

进一步地，在电压检测信号Ui超过第一预定值时，R2对应的分压值使得第一三极管V1的基极电压大于开启电压，所述第一预定使得三端稳压器WY1的正输入端不超过上限。

进一步地，在电压检测信号Ui在第二预定值与所述第一预定值之间时，第三电阻R3阻值使得第二三极管V2可靠导通，第二预定值为流过第五电阻R5的电流等于三端稳压器WY1的输入电流。

进一步地，第二预定值大于18.5V。

有益效果：

该发明经济、实用，易于实现，解决另宽输入电压下的稳压问题，首先选定价格较低、通用性好的三端稳压器WY1作为稳压源，在其输入端串入电阻R5进行降压和限流，

1)在输入电压Ui较低的区间，电阻R5两端的电压差较小，使得流过R5的电流也比较小，不能满足WY1对输入电流(或者说是输入功率)的需求，通过设计电阻R4、三极管V2的集-射极、二极管V3组成的支路，与电阻R5支路并联，既降低了线路压降，又能为WY1提供所需的电流，解决了这个问题；

2)在输入电压Ui较高的区间，WY1的输入电压也相应增高，为了使WY1的输入电压不超过规定值，需要电阻R5两端有较大的电压差，这就意味着流过R5的电流也要相应增大，但此状态下，WY1所需的输入电流却比较小。为了解决这个矛盾，通过设计二极管V4、电阻R6、三极管V1的集-射极支路对流过R5的电流进行分流，很好地解决了这个问题；

3)在输入电压Ui较低的区间，通过电阻R1和R2组成的分压电路使三极管V1处于截止状态。而在输入电压Ui较高的区间，三极管V1开通，通过V1集电极与WY1输入之间形成的反向电压巧妙地实现了关断V2的目标。

附图说明

图1是“地面电源监控单元”的交联信号示意图；

图2是本发明适应宽输入电压的稳压电路的示意图。

具体实施方式

1飞机地面电源

地面电源(也称：外电源)是飞机停在地面期间的电能来源，几乎所有的飞机都要用到地面电源，地面电源是通过安装在飞机上的地面电源插座引入飞机电网的。地面电源分为：

a)交流地面电源(额定相电压为115V、400Hz，三相四线)；

b)直流地面电源(额定电压为28V和额定电压为270V两种)。

2直流地面电源监控单元

为了实现地面电源异常情况下对用电设备的保护和故障隔离，飞机上都配有“地面电源监控单元”，它是一个由电子元器件组成的、具有独立功能的电气产品。根据被监控电源的不同类型，“地面电源监控单元”分为“交流地面电源监控单元”和“直流地面电源监控单元”，本专利主要涉及额定电压为28V的“直流地面电源监控单元”。

“直流地面电源监控单元”的主要功能是：当检测到直流地面电源出现过压、欠压、短路、反极性故障时，将控制直流地面电源接触器断开或不能接通，其交联信号关系参见图1。图1左侧是外部可为“直流地面电源监控单元”提供直流工作电源的示意图，这个电源一般来自蓄电池或地面电源变压整流器(EPTRU)的输出；右侧是外部不提供直流工作电源的示意图，这种情况下，只能把“电压检测信号”作为“工作电源”使用，也就是将被监控电源的电压信号作为自身的工作电源使用。

3直流地面电源监控单元中的电源电路

为了使“直流地面电源监控单元”稳定可靠地工作，一般把工作电源选定在15V。对于图1左侧的情况，因外部提供的直流工作电压一般在22V～29V范围内，所以大部分15V稳压器件都能使用。但是对于图1右侧的情况而言就不行了，因为按照相关标准的规定，直流地面电源在检测点处的正常电压范围是24V～29V，应急状态下是18V～29V，过压保护动作点在31.4V左右，实际考核中,过压保护功能测试电压一般是在31.4V～60V范围内选择多个点进行测试。这就意味着，输入直流电压在18V～60V范围内，“直流地面电源监控单元”都必须正常工作。

符合航空产品使用条件，且输入直流电压范围不小于18V～60V，输出电压为15V、输出电流不小于300mA的国产稳压器件难于寻觅。

为满足输入电压Ui＝18V～60V，输出电压Uo＝15V±0.7V，输出电流Io≈300mA的要求，本专利所设计的电路见图2，由电阻R1～R6、三极管V1和V2、二极管V3和V4，以及三端稳压器WY1(输入电压范围为18V～30V，输出电压典型值为15V)组成。技术构思简述如下：

1)在“直流地面电源监控单元”整个工作过程中，稳压器WY1的输出功率变化不大，所以WY1的输入功率需求基本恒定，即输入电压与输入电流的乘积基本恒定。为此，将输入电压分成两段，18V～U1为低输入电压区(用UL表示)，U1～60V为高输入电压区(用UH表示)；

2)在UL区，为了将稳压器WY1的输入电压控制在规定的范围内，并能为WY1提供所需的输入电流，采用电阻R4、三极管V2的集-射极、二极管V3组成的支路为WY1提供所需的输入，而且应使该支路的电压降比较小；

3)在UH区，为了保证稳压器WY1的输入电压不超过30V，采用电阻R5支路进行降压。但由于此状态下Ui比较高，使得流过R5支路的电流较大，超过了WY1对输入电流的需求，故设计了二极管V4、电阻R6、三极管V1的集-射极支路进行分流。同时关闭电阻R4、三极管V2的集-射极、二极管V3组成的支路。

图2电路工作原理简述如下：

1)在UL区，输入电压Ui＜U1，电阻R1和R2组成的分压电路使三极管V1的基极电压低于其开通电压，三极管V1处于截止状态，电阻R6和二极管V4中没有电流流过。而电阻R5两端的电压差使得电阻R3可为三极管V2的开通提供了所需的基极电压和电流，V2开通。R5支路和由R4、V2的集-射极、V3组成的支路同时向WY1供电；

2)在UH区，输入电压Ui＞U1，R1和R2组成的分压电路使V1的基极电压高于其开通电压，V1开通，流过R5支路的电流通过V4、R6、V1的集-射极支路进行分流。同时，因V1的集电极电压低于WY1的输入电压，使三极管V2的基射结承受反向电压而截至，V2关断，由R4、V2的集-射极、V3组成的支路中没有电流流过。

该发明经济、实用，易于实现，目的是解决宽输入电压下的稳压问题，首先选定价格较低、通用性好的三端稳压器WY1作为稳压源，在其输入端串入电阻R5进行降压和限流，但是：

1.在输入电压Ui较低的区间，电阻R5两端的电压差较小，使得流过R5的电流也比较小，不能满足WY1对输入电流(或者说是输入功率)的需求，通过设计电阻R4、三极管V2的集-射极、二极管V3组成的支路，与电阻R5支路并联，既降低了线路压降，又能为WY1提供所需的电流，解决了这个问题；

2.在输入电压Ui较高的区间，WY1的输入电压也相应增高，为了使WY1的输入电压不超过规定值，需要电阻R5两端有较大的电压差，这就意味着流过R5的电流也要相应增大，但此状态下，WY1所需的输入电流却比较小。为了解决这个矛盾，通过设计二极管V4、电阻R6、三极管V1的集-射极支路对流过R5的电流进行分流，很好地解决了这个问题；

3.在输入电压Ui较低的区间，通过电阻R1和R2组成的分压电路使三极管V1处于截止状态。而在输入电压Ui较高的区间，三极管V1开通，通过V1集电极与WY1输入之间形成的反向电压巧妙地实现了关断V2的目标。

器件参数选取原则：

电阻R1和R2应按照所确定的U1电压值对应的分压比来确定电阻值；

电阻R3应按照V2可靠导通所需的电流值来确定；

电阻R4应按照V2导通状态下WY1所需的输入电流，以及R4、V2、V3支路的电压降兼顾考虑，同时还要考虑与R5并联后的效果；

电阻R5阻值的确定主要应考虑输入电压Ui＞U1状态下R5的电压降，以及在V2导通状态下与R4、V2、V3支路并联的影响；

电阻R6阻值的确定应考虑V1导通状态下所能承受的集电极电流，以及此状态下应从R5支路的分流值；

三极管V1和V2的可选用3DK9D；

二极管V3和V4的可选用BZG05H；

三端稳压器WY1的型号为CW78M15K。

实施实例

图2电路已成功用于某型军用飞机的“外电源监控器”中，累计生产数百台，部队列装使用数年，使用效果良好。

Claims (5)

1.一种适应宽输入电压的稳压电路，其特征在于，包括：三端稳压器、6个电阻，两个三极管以及两个二极管，其中，

电压检测信号正输入至第一电阻R1一端、第三电阻R3一端、第四电阻R4一端、第五电阻R5一端；

电压检测信号负输入至第二电阻R2的一端、第一三极管V1的发射极、三端稳压器WY1的负端；

第一电阻R1另一端与第二电阻R2的另一端以及第一三极管V1的基极连接；

第三电阻R3另一端与第一三极管V1的集电极、第二三极管V2的基极、第六电阻R6一端连接；

第四电阻R4另一端与第二三极管V2的集电极连接；

第五电阻R5另一端与三端稳压器WY1的正输入端、第一二极管V3的负极、第二二极管V4的正极连接；

第六电阻R6另一端与第二二极管V4的负极连接；

第一二极管V3的正极与第二三极管V2的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，R5为电压检测信号最小值与三端稳压器WY1的正输入端的电压下限的差值与三端稳压器WY1的输入电流的比值。

3.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，三极管V1和V2的为3DK9D三极管。

4.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，二极管V3和V4的为BZG05H二极管。

5.根据权利要求1所述的稳压电路，其特征在于，三端稳压器WY1为CW78M15K型稳压器。