一种实现50ms断电维持供电的简单电路设计

摘要：针对机载28V直流供电设备需具有断电后维持50ms工作的功能要求，基于钽电解电容器储能作用，采用电源维持集成模块，实现钽电解电容器储能、放电作用，设计了一种断电维持电路。在正常上电供电时，充电电路给钽电容器充电并存储能量;当输入电压断电时，钽电容释放已存储的能量，给后端电路持续供电50sm，从而实现此期间供电不断的目的。经试验电路测试验证，设计满足使用要求。

Abstract： As the airborne 28V DC power supply system existed the case of power interruption With 50 sm，a circuit based on capacitor energy storage was designed to maintain 50 ms uninterrupted power supply. It was composed of charging circuit，large capacity tantalum capacitor ，and discharging circuit. When the input was in normal operation，the tantalum capacity was charged. Once the incident of power interruption occurred，the discharging circuit would covert the capacitor energy. The actual tested result met the requirements.

1 引言

在飛机28 V直流供电系统中，机载设备设计电源维持电路，用于断电后工作维持。设备通常采用冗余供电方式，即设计两路供电，一路为正常供电，一路为蓄电池供电。正常工作时由正常电源提供供电;在发动机启动或发生故障等特殊情况下，由蓄电池提供供电[1]。在正常电源向蓄电池电源切换时需要不小于50 sm时间完成切换。国军标GJB 181-1984和GJB 181A-2003规定，在汇流条或电源转换状态时供电中断时间不得大于50 sm[2，3]。机载设备内部通过DC/DC变换电路将机上提供的直流电压转换成内部各组件工作的二次直流电源，如果供电中断50 sm，可能导致传输的数据丢失，甚至设备工作失效，影响飞机安全。因此，需要在DC/DC变换电路前设计供电维持输出。

本文设计了一种在正常输入供电时，通过电源维持电路给钽电容器充电储能，当供电电压下降至16 V，电源维持电路进入放电工作状态，钽储能电容器开始释放能量，输出电压瞬间上升到44 V，并且开始缓慢释放能量，电压缓慢下降，为后续DC/DC转换电路供电。该电路输入电压范围达16 V～40 V，满足GJB181A关于直流供电系统的供电范围要求。

2 电路结构及电路设计

2.1 电路设计

简单的电路设计结构是在28V供电主电路上并联设计电源维持电路，当输入断电时，由电源维持电路释放能量，维持机载产品不少于50 ms的正常工作。本文设计的50 sm断电维持供电电路如图1所示。

图1中，28V供电分为主供电电路和断电维持供电电路，二者采用二极管D1隔离，后端接DC/DC变换电路，当﹢28VIN正常供电时，由主电路供电，同时通过U7电源维持模块的1管脚给C1钽电容器充电储能;当﹢28VIN供电异断电时，C1内部储存的能量通过U7的5管脚提供给后端电路，从而保证后端正常工作。

2.2 ZHHU44120/A模块

ZHHU44120/A模块为集成模块，主要用于钽电容器的充电储能和放电维持，具有电路体积小，可靠性高，温度范围宽等特点。其主要的管脚定义为及功能见表1。

2.3 电源维持电路的工作原理

28 V供电上电后，图1中，当U7的管角1上的电压由0 V上升到16 V时，管脚1上的电压通过二极管D1传输给后端电路，模块U7不工作，钽电容器不充电储能;供电电压继续升高，当管脚1上的电压大于16V时，模块U7开始工作，U7模块4管脚电压由0 V变为44 V，CI钽电容器开始充电储能，但U7处于不放电工作状态。

28 V供电断电后，当电压从28 V下到16 V时，模块U7电源维持放电工作状态启动，模块U7管脚5瞬间上升到44V，钽电容器C1通过模块U7开始缓慢释放能量，电压缓慢下降，为后端供电。

电源维持电路时序图如图2所示。

2.4 参数设计

电源维持电路需要根据后端电路带载情况，计算选取的钽储能电容器的容值。 举例说明。后端电路带载60 W，按照断电50 ms计算所需钽电容容量为：

取P=60 W，Δt=0.05 s，Vwork=44 V，Vmin=18 V，计算C为0.0037 F，结合实际钽电容器的容值，最大电压值为44 V，所以实际选取4000 uF/50V的钽电容器作为本电路的储能电容器。

3 试验验证

基于上述电源维持电路，设计研发了原理电路。系统上电后，电路正常维持在28 V供电，当系统断电后，当电压下降到16 V时，电源维持电路开始工作维持后端供电。

+28VIN 与+28VOUT电压关系见图3。

图3中，上端“2”曲线是输出+28VOUT波形，下端“1” 曲线是输入+28VIN电压波形。正常下端“1”曲线测得的电压是28 V/DC，当断电后，输入电压开始下降，当下降到16 V时，电源维持电路开始释放能量，U7模块管脚5输出44 V电压，并缓慢下降，维持后端电路继续供电，维持时间约60 ms。曲线“1”拉开的波形见图4。

储能钽电容放能量的波形见图5。

储能钽电容器在电源维持电路开始工作后，开始释放能量，电压从44 V缓慢下降，下降到10 V，停止释放能量，共维持约不少于50 ms。

4 结论

本文基于钽电容器储能，利用电源维持模块，设计电源维持电路，在正常输入时28 V时，电路给钽电容器充电存储能量;当输入电压28 V断电时，电源维持电路释放储能给后级DC/DC电路，实现了50 ms维持正常工作的功能。

参考文献：

[1]杜培德，李文豪，尹华 一种实现50ms维持供电的电路设计[J].微电子学，2016，46（4）.

[2]GJB181-1986，飞机供电特性对用电设备的要求[S]北京：总装设备部军标出版发行部，1986.

[3]GJB181A-2003，飞机供电特性[S]. 北京：总装设备部军标出版发行部，2003.

作者简介：唐娜 1984.1.30出生，女 汉族 陕西蓝田 中级工程师 工学硕士 航空仪表 陕西宝成航空仪表有限责任公司 721006。