一种机载电源掉电检测电路设计
王雪健 董 凯 王若璇 孙靖国 李子河
（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065）
随着航空技术的发展，人们对机载设备的可靠性要求越来越高，尤其是在机载计算机电路系统中，掉电检测电路是至关重要的一部分。掉电检测电路的作用是时刻检测机上28 V汇流条的电压，当电压下降到一定值时，掉电检测电路发出欠压信号，当CPU检测到这个信号后，进行一系列的动作，例如启动备用蓄电池、保存数据、复位等。本文提出了一种机载电源的掉电检测电路，具有响应迅速、抗扰动、测试性好的特点。
目前机载设备中的掉电检测电路多采用简单的输入电压分压后，通过电压比较器与基准电压相比，输出掉电检测信号[1]，如图1所示。该方法优点是原理简单，设计参数易调；
缺点是抗扰动能力差，容易误触发掉电信号。本文提出的掉电检测电路在原基础上进行了改进，使改进后的检测电路具有滞回比较功能，安全性、测试性更好。
图1 传统掉电检测电路
首先，在上述电路基础上，通过引入正反馈电阻，组成滞环电压比较器，增强检测电路的抗扰动能力，通过调节正反馈电阻和同相输入端的输入电阻比值，能够调节滞环比较器的滞环窗口大小[2]，如图2所示。
图2 改进掉电检测电路
比较器N2输出通过正反馈电阻R65接到比较器正相输入端，组成滞回比较电路，门限电压计算为：
VT=VCC或0，则门限电压分别为：
比较器N2电压传输特性曲线如图3所示。
根据电压传输特性曲线可以看出，UI从小于UP1的值逐渐增大到UP2时，U0输出高电平；
UI从大于UP2的值逐渐减小到UP1时，U0输出低电平。曲线具有方向性，如图3中标记。通过调节R27和R65的电阻比值，可调节滞回比较器的滞回区间大小，即[R27/（R65+R27+R64）]VCC。
图3 滞回比较器电压传输曲线
为了提高安全性，希望在检测到掉电时立即发出掉电信号，而在供电恢复后，输入电压保持正常一段时间再发出正常信号，以确保输入电压稳定正常，即不正常情况立即反应，正常情况延时反应。为此，设计RC电路，使其电容具有“慢充快放”的特性。在第一级比较器输出后增加两个三极管，由第一级比较器输出控制三极管的导通、关断，进而控制电容的充放电，电容电压作为第二级比较器的同相输入。当输入电压正常时，三极管不导通，电容通过电阻缓慢充电，达到比较门限电压后发出高电平正常信号，实现延迟发送正常信号；
当输入进入欠压时，三极管导通，电容通过三极管迅速放电，第二级比较器输出发低电平欠压信号，实现掉电信号立即发出。
当比较器N2反相输入端电压低于UP1时，N2输出端为高电平，V23导通，R66、R67电阻经过分压后，V24导通，电容C71的储能通过R62小电阻迅速放电，比较器N8同相输入端电压低于反相输入端，N8输出端输出低电平，掉电检测电路发出欠压信号，如图4所示。
图4 欠压情况下C71电容放电
当N2反相输入端高于UP2时，N2输出端为低电平，V23、V24不导通，VCC通过R68给电容C71充电，延时5 ms后，输入电压依然高于欠压门限电压UP2，比较器N8输出端翻转为高电平，掉电检测电路输出UV为高电平（正常信号），如图5所示。
图5 正常情况下电容C71充电延时
当输入电压低于欠压门限值时，UV欠压信号迅速翻转为低电平，当输入电压高于欠压门限值时，利用RC电路中C71的“慢充快放”特性，使比较器N8的同相输入端电压缓慢上升，具有延时翻转的功能，防止输入电压扰动导致误发正常信号，从而造成机上设备误判。同时，为了机上设备的安全性，在延迟时间内，如果输入电压再次低于门限值，电容C71储能被再次放掉，重新计时，同时立即发出欠压信号，以便机上用电设备及时作出反应。
最后，为提高电路测试性，便于在外部测试欠压检测电路的功能完整性，在第一级比较器反相输入端增加一个光耦隔离电路。光耦的初级接外部激励信号，次级接比较器反相输入端。在输入电压正常的情况下，置掉电激励信号为高电平，次级光耦导通，第一级比较器反相输入端被拉低，检测电路发出欠压信号；
当掉电激励信号悬空时，次级光耦不导通，掉电检测电路发正常信号；
通过外部激励检测欠压信号是否翻转，确定掉电检测电路的功能是否正常。
测试性电路如图6所示，D4为稳压管，D4和C76起保护作用，防止尖峰电压损伤光耦。在测试环境下，输入接28 V正常输入电压，当光耦初级UV_STIM接高电平信号时，光耦初级有电流流过，光耦次级导通，将比较器N2的反相输入端通过电阻R60拉低，强制掉电检测电路发出欠压信号。当UV_STIM悬空或接地时，光耦初级无电流，光耦次级不导通，掉电检测电路发正常信号。通过强制发欠压信号，检测掉电检测电路比较器翻转是否正常，便于机载电源在维护或测试时，检测掉电检测电路的功能是否正常。
图6 欠压激励测试电路
本文提出了一种改进的机载电源欠压检测电路设计，通过比较器正反馈电阻组成滞回比较器，提高了抗扰动能力。进一步，利用RC电路电容“慢充快放”特性，输入电压高于欠压门限5 ms后发送正常信号，而对于输入电压低于欠压门限，则立刻发送欠压信号，保证机上设备安全性。最后，增加了欠压激励信号用于在维护或自检状态确认欠压保护电路的功能，提高了可测试性。该方案在增加少量器件的前提下，提供了一种抗扰动、安全性高、测试性好的机载电源欠压检测电路。
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