本站小編為你精心準備了航空磁力儀電源保護與監控電路設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：文章以LTC4364作為核心器件，實現了航空磁力儀的電源過壓、欠壓、過流和極性反接的保護電路，并在發生過壓或過流情況時，輸出故障指示信號。該電路輸出的故障指示信號，提醒飛行員測量設備故障，及時返航，減少了設備因電源故障帶來的損失。該電路已在航空磁測無人值守系統上應用，減少了損失，提高了工作效率。

關鍵詞：LTC4364-1；保護電路；監控電路；航空磁測系統

1引言

航空磁測就是把高靈敏度的航空磁力儀裝載于飛機上（或其他移動平臺）用于檢測地下礦體和地質體的磁場變化，它具有效率高、成本較低、便于大面積工作（包括地面難以通行的地區，如沙漠、森林、海洋、高山區等）、探測深度較大等優點，是目前應用較多的航空物探方法之一[1][2]。傳統的測量飛行中，有專業的空勤儀器操作員跟飛，負責操作和監控設備的狀態。航空磁測飛行屬于超低空飛行，對操作人員的身體情況有著很高的要求。為減少操作人員上機，必須提高設備的穩定性和可控性，研制航空磁測無人值守系統，尤其是供電系統的保護和監控。目前，傳統電源系統保護電路只能實現單一保護[3][4][5]，如過流情況多使用保險絲或者單一過流保護電路，保險絲故障后熔斷不可恢復；過壓情況使用單一過壓保護電路等，保護電路元器件較多，集成度不高，且無法實現實時智能化監控。本文以航空磁力儀的電源保護和監控設計為題進行設計。針對傳統保護電路的不足，開發了基于LTC4364-1的過壓、欠壓、過流和極性反接的保護電路，并在發生過壓或過流情況時，輸出故障指示信號。故障提示信號可以提示飛行員，測量設備的工作狀態。出現問題時，及時返航，減少因供電源故障造成的無效測量飛行，提高了工作效率，減少了損失。

2LTC4364參數介紹

LTC4364是凌力爾特公司生產的浪涌抑制器，具有理想二極管控制器，較寬的輸入電壓范圍(4V—80V)，可以保護后級負載設備免遭高電壓瞬變的破壞，被廣泛的應用于汽車/航空電子設備浪涌保護、熱插拔/帶電插入、冗余電源和輸出端口保護等。[6][7][8]LTC4364能夠精確地監視電源的過壓、欠壓狀態，內部電壓放大器負責調節HGATE引腳的電壓，HGATE電壓控制一個N溝道的MOSFET處于導通狀態并向負載供應電流。另外，該器件還包含了一個定時電流限制電路器可以提供對短路和過大負載電流的保護作用；在過流過程中，調節HGATE的引腳電壓以把SENCE和OUT輸出引腳兩端的檢測電壓限制在一定數值，通過設定電阻值（實現電流閥值設定），達到過流保護的目的。LTC4364具有一個故障輸出信號(FLT)，在工作正常狀態下，故障輸出端處于高阻態；當出現過流或過壓故障后，故障輸出信號(FLT)將被拉到低電平。通過監控故障輸出信號，可以對電源工作狀態實時監控。LTC4364有兩種型號，一種是LTC4364-1型，另一種是LTC4364-2型；兩種型號的區別是：電路產生過壓或過流故障后，LTC4364-1將保持外部MOSFET關斷狀態直到故障超時之后收到外部再啟動信號；而LTC4364-2將保持關斷外部MOSFET狀態直到故障超時，而后在OV引腳電壓低于門限值的情況下，可以不斷重復打開外部MOSFET直至恢復正常工作。根據實際需要，電源故障后，系統切斷電源，故障解除后啟動電源，需重新配置系統，本文電路設計選擇LTC4364-1。

3保護電路設計

3.1基于LTC4364-1保護電路

目前，航空磁測系統的核心設備航空磁力儀多使用加拿大生產銫光泵磁力儀（CS-3\CS-VL）和國產氦光泵磁力儀（HC2000），這兩種航空光泵磁力儀供電范圍都在（24V～35VDC）。為了確保航空磁力儀工作穩定可靠不受飛機電源瞬變高電壓造成過壓損壞，同時避免短路造成的設備過流損壞。筆者基于LTC4364-1設計過流、過壓、欠壓以及極性反接等故障保護電路（如圖1）。

3.2輸入電壓欠壓、過壓保護電路參數配置

LTC4364-1浪涌抑制器內置輸入欠壓、過壓比較器，可以精確地監視輸入電源的過壓（OV）和欠壓（UV）情況。輸入電壓通過圖1中R1、R2和R3組成的電壓分壓網絡，由OV和UV引腳輸入到片內過壓、欠壓比較器。LTC4364-1浪涌抑制器欠壓和過壓比較器均以1.25V為基準。將輸入電壓范圍設為24VDC～39VDC，實現輸入電壓初步控制。當電壓低于24V時，外部M1保持關斷狀態；當電壓高于39V時，HGATE引腳故障后被鎖定在低電平，外部M1關斷。根據航空磁力儀供電范圍在(24V～35VDC)，設計輸出電壓控制在33VDC以內，可以很好的保護好設備。LTC4364-1浪涌抑制器具有輸出電壓鉗位的功能，輸出電壓經過分壓網絡R6和R7分壓后由反饋至FB引腳穩壓器反饋輸入端，通過內置的一個電壓比較器形成輸出控制邏輯。該電壓比較器的輸出基準電壓是1.25V。如果FB引腳輸入的反饋電壓高于基準電壓，HGATE引腳電壓下拉至SOURCE引腳，從而關斷M1，避免了輸出電壓超過設定電壓。

3.4過流保護電路參數配置

LTC4364-1浪涌抑制器具有一個可調的電流限制，可提供針對短路和過大負載電流的電流保護作用。在過流期間，當OUT輸出電壓高于2.5V時，調節HGATE引腳電壓來把SENCE和OUT引腳兩端的電流檢測電壓（ΔVSNS）限制在50mV；當OUT輸出電壓小于2.5V時，電流檢測電壓被降至25mV，以在輸出短路期間提供額外的保護。

3.5選擇故障定時器配置

LTC4364-1浪涌抑制器具有一個可調的故障定時器，通過連接在TMR引腳和地之間的一個電容器(CTMR)，實現欠壓、過壓和過流故障下M1被關斷之前的延遲時間TWARNING的設定。一旦電路檢測到故障情況，一個電流源就將低于故障定時器(TMR)引腳進行充電，當TMR引腳上的電壓達到1.25V時，FLT引腳被拉至低電平，以表示檢測到某種故障情況，并且提供“即將掉電”的警告。當TMR引腳上的電壓大于1.35V時，M1關斷。

3.6傳輸器件M1的選擇

LTC4364-1控制一個功率管N溝道MOSFETM1傳輸器件兩端的電壓降，進行調節和限制輸出。在正常工作情況下，M1完全導通，功率耗散很小，但是在過壓和過流故障期間，功耗較大。選取M1的參數如下：最大漏極—源極電壓(VDS)、導通電阻(RDS)和門限電壓(VGS)和安全工作區(SOA)。選取的原則是：最大漏極-源極額定值必須高于輸入電壓。本設計根據工作情況，選擇型號為：FDB3862的N溝道MOSFET器件，相關參數為：VGS=10V，VDS=100V，RDS=36mΩ。另外，在M1的柵極和源極之間布設了一個15V的齊納二極管(DDZ9702)，提供額外的保護功能。

4監控電路設計

當系統供電產生過壓故障，短路或過大負載電流的過流故障時，設計的電路能夠切斷電路保護后級用電設備，同時輸出故障信號。LTC4364-1在發生過壓和過流故障時候都會關斷M1，同時將FLT引腳拉至低電平，（注意，在欠壓時，不對FLT引腳進行操作）。FLT引腳在正常工作狀態下輸出為高阻態，發生故障時被拉低。根據這個特性，設計圖2信號轉換電路，通過74HC244三態緩沖器，保護輸出FLT信號，設置上拉電阻，得到輸出信號SAT。筆者設計的信號轉電路，可以同時完成進行8路信號轉換，從而可以實現8路信號的實時監控。SAT0-8的輸出信號可以直接接入到主處理器上，通過液晶顯示器輸出監控的結果，實現航磁測量系統電源的智能控制。

5電路測試與驗證

筆者按照原理設計制作出保護電路和實時監控電路。并對其進行了詳細測試，輸出端接入一個滑動變阻器(阻值20歐，功率1500瓦)。測試設備使用安捷倫4通道示波器(輸出信號對照表1)、漢泰CG65示波器電流探頭和邁勝直流可調電源(0～50VDC，20A)。測試目的、步驟以及結果詳見表2。通過詳細測試，當電路輸入電壓范圍在24V～33V時，電路正常供電，輸入電壓低于24V啟動欠壓保護模式，輸入電壓超過33V，啟動過壓保護模式，有效的避免了電壓異常時候給后級設備帶來的損壞。

6結束語

筆者基于LTC4364器件，設計制作了保護和監控電路，實現了欠壓、過壓、過流和極性反接保護，輸入電壓控制在24V到33V之間，有效的保護了航空磁力儀。同時在過流和過壓的故障情況發生時，輸出監控信號，通過實時查詢監控信號，可以對故障實時監控。該電路模塊已經在航磁測量無人值守系統中應用，達到了很好保護效果。另外，可以通過優化PCB板的設計，可以實現電流電壓的精確控制保護。

參考文獻：

[2]高維，舒晴，屈進紅，米耀輝.國外航空物探測量系統近年來的若干進展[J]，物探與化探，2016，40（6），1116-1124.

[3]袁旭猛，郭曉義.一種新型無人機機載電源浪涌保護器的設計[J]，計算機測量與控制，2011，19（6），1487-1488，1501.

[4]史凌峰，王根榮，來新泉，丁睿.新型過壓保護電路設計[J]，電子科技大學學報，2011，40(2)，210-213

[5]王小龍，陳暢，龔敏.一種新型過流保護電路設計,電子與封裝[J]，2010，10（7），16-19

[7]曾凡東.機載電子設備直流電源輸入端保護電路設計[J].電訊技術.2016，56（7）：820-825

[8]李坤賀，盧崢，李廷凱，王亨勇.基于LTC4364-2的熱插拔保護電路[J].兵團自動化.2016，35(4):72-84

作者：李學硯；鄧肖丹；李建生；段樹嶺 單位：中國國土資源航空物探遙感中心