模块电源辅助功能的研制

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

　　3.2.1 交流输入的保持时间计算

　　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）

　　3.2.2 直流供电的开关电源保持时间

　　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。