摘要 介紹了適用于航空技術，并具有自檢功能、可自動切換的雙路可調電源模塊的設計方案和其用途、工作條件。分析了電路組成、工作原理、關鍵元器件的選取及結構設計要求。同時對外型結構和技術難點上的問題給出了解決方案。實驗證明，該產品應用于飛機艙燈電源控制系統(tǒng)，具有易散熱、方便安裝、輸出穩(wěn)定可靠，引出端子規(guī)格標準、通用。且電網濾波具有抗電磁輻射干擾，各路輸出閉環(huán)穩(wěn)壓控制，使輸出穩(wěn)定、便于使用。
關鍵詞 自檢模塊；可切換；雙路可調電源

具有自檢功能且可自動切換的雙路可調電源模塊，用于機艙照明電源控制系統(tǒng)。兩路可調輸出電壓能完成自檢功能，當一路出現(xiàn)故障后可自動切換至另一路。
(1)產品的主要技術指標如下：輸入電源電壓為16～40 V；輸出電壓電流為+13．1～20 V／3 A；電源調整率為≤100 mV；負載調整率為≤250 mV；輸出紋波噪聲(峰-峰值)全部額定狀態(tài)下為200 mV；輸出最大功率為≥60 W；效率為≥80％；絕緣電阻為≥20 MΩ。
(2)產品環(huán)境條件：主體外形尺寸為143 mm×128 mm×32 mm；外殼工作溫度范圍為-55～+85 ℃；存儲溫度范圍為-55～+125 ℃；全金屬殼封。
(3)其他要求：引出端采用J18BW96T型插頭，模塊電源在每路設有過、欠壓和過流保護。

1 研制過程
設計主要依據技術協(xié)議書和SJ20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》。
1．1 電路組成及工作原理
該電源模塊的基本電路原理如圖1所示，它由兩路正激式直流變換器組成。每塊分別采用UC公司的脈寬調制器組成振蕩電路控制MOS場效應管，經變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波、輸出，取樣反饋電路為主控的+20．4 V輸出回路，并通過D2二極管輸出。同時D2二極管輸出穩(wěn)壓跟蹤由取樣、放大和調整電路組成，分別并聯(lián)控制U101和U102的反饋端，并且電位器可調輸出(+13．1～20 V)。主控輸出的D103、V104、U105等組成欠壓關閉電路控制U102脈寬調制器的輸出，當該回路的主控輸出出現(xiàn)故障，另一路開始輸出。D102、R123和U104組成主輸出的過壓保護電路，D202、R223和U204組成從輸出的過壓保護電路，V1、V2、D3、D4、D5和D8等組成過、欠壓故障指示。考慮到體積、效率以及干擾的影響，電路的開關工作頻率為200 kHz，電路內各開關點設有RC尖峰吸收網絡和抗電磁干擾的電網濾波，各路輸出均設有過流保護和軟啟動電路，以提高電路的可靠性。圖1為其電原理圖。

1．2 關鍵元器件的選取
(1)該電路輸入電壓范圍瞬問最高達到40 V，所以要求輸入電容、供電j極管、MOS場效應管耐壓較高，由此選電容耐壓≥100 V，三極管開關特性好。另外該電路開關頻率較高，故選取高壓MOS場效應管作為主回路開關管。
(2)片電容均選用溫度特性穩(wěn)定的高頻電容NPO，大容量的濾波電容選用超陶(鎳電極)、獨石電容。且均為片式元件，以排除引線帶來的干擾，更好地降低輸出紋波。
(3)片電阻的選擇：該電路的大多片電阻均為高精度電阻，尤其是用以取樣比較、驅動、防自激震蕩和釋放電阻，所以除了要考慮合理熱設計布局以外，還需考慮留有余位，便于調試修正。
(4)二極管的選擇：輸出整流開關二極管既要保證高頻特性好，又要求正向壓降低，故選擇大功率肖特基管。供電回路中穩(wěn)壓二極管選擇玻璃鈍化1 W管，高電壓開關管和分路供電二極管則選用1 N4148來保證其良好的開關特性。
1．3 結構設計及可靠性要求
該產品為飛機用品，要求體積小、重量輕、散熱快。依據以上特點，選用了合金鋁材作為殼體，且側壁厚加工成8 mm的M型鋁條，以減小熱阻。前、后面板由4個螺釘安裝在鋁條的端頭處，便于插座腳的對外引出。殼體蓋板用2 mm厚的鋁板螺釘緊固，便于模塊的安裝調試和維護拆卸，同時增強殼體的抗形變能力。
理論以整機的最高使用環(huán)境溫度為基準；電路環(huán)境為飛機座艙環(huán)境。按照《國家軍用標準可靠性Ⅲ》可靠性預計理論計算，平均故障間隔時間為5．460 6×104小時。
該產品經例行試驗(標志耐久性、可焊性、引出端強度、溫度循環(huán)、穩(wěn)態(tài)濕熱、掃頻振動、機械沖擊及穩(wěn)態(tài)壽命等試驗)全部合格，證明產品的可靠性達到標準要求，同時滿足了用戶需求。

2 技術難點和解決措施
2．1 電路模式與集成電路的選定
該產品與一般的備份均流電路不同，具有自檢測切換功能。為提高產品效率和避免同時工作的干擾，要求主路輸出時，從路不可工作。首先將各路設計為輸出分別取樣，反饋控制為+20．4 V，不能過壓；總輸出回路通過串聯(lián)U2、U3光電耦合器的取樣電路，分別并聯(lián)控制U101和U201的反饋端，總輸出取樣點低于各路取樣(+20．4 V)，經多次試驗比較，選取合適的電阻電容，控制集成電路可調輸出，最初干擾較強，尤其是紋波較大，無法穩(wěn)定輸出，若將從路完全關掉，又出現(xiàn)切換時瞬間掉電現(xiàn)象。通過調整電路組合，改變控制模式，最終選取主路欠壓切換電路控制從路待機工作，并通過精密計算和高、低溫試驗以及電位器自身調整。經論證和隔離要求，選定了基準、光電耦合器等集成電路，達到了設計要求，同時使產品效率得到提高。

2．2 工藝布局設計
按照熱設計的原則，要考慮分體模塊的完整，同時還應考慮整體散熱布局和相互銜接。文中通過模擬試驗和布局設計，確定將控制部件和對熱敏感元器件安裝在遠離發(fā)熱元器件位置。PCB板和鋁基板整體采用平面化表面組裝設計，盡量減少過長走線，利用PCB的雙面布線，背面盡量不設元器件，減小模塊厚度且便于粘接、調試。功率器件采用再流焊工藝，增大散熱區(qū)域。取樣電阻盡量靠近引出端，提高輸出負載穩(wěn)定度。端口增設無感電容，減少輸出尖峰干擾。輸入口增設濾波網絡，同時各模塊設有二次濾波，增強抗電磁干擾和相互輻射干擾。鋁基板調整完用硅膠表面涂敷，后用填充料固化保護。通過上述的對應措施，使本產品工作更為可靠，進一步提高了各項指標。

3 結束語
該產品用于飛機艙燈電源控制系統(tǒng)，因其獨特的專用性，無法與同類產品比較，但針對原分立器件組裝的大功率變換器電源，除保證原有的電性能以外，還有以下特點：
(1)易散熱、安裝方便。專用96線多備份航空插座和防插錯端口，使產品安全可靠。整體效率高。由于各路輸入、輸出分別控制，可維修性、可測試性、綜合保障性得以發(fā)揮。
(2)重量輕，機械性能可靠。由于采用全表面貼裝結構，元器件全部小型化、微型化，使之重量遠遠低于分立器件，同時結構散熱為8 mm厚鋁材，兩方向各有6個M3緊固，使抗振動沖擊能力增強，不會出現(xiàn)元器件引線振動沖裂和模塊松散。
(3)輸出穩(wěn)定可靠，引出端子規(guī)格標準、通用。且各有電網濾波抗電磁輻射干擾，各路輸出閉環(huán)穩(wěn)壓控制使輸出穩(wěn)定，便于使用。
同時該產品的研制成功具有良好的經濟效益。且產品可推廣應用至其他相關領域，具有一定的應用前景。