高压浪涌抑制器取代笨重的无源组件

1 MIL-STD-1275D 的要求

MIL-STD-1275D 定义了各种情况，最重要的是，对稳定状态工作、启动干扰、尖峰、浪涌和纹波情况做出了规定。MIL-STD-1275D 针对 3 种独立的“工作模式”制定了对上述每一种情况的要求：启动模式、正常运行模式和仅发动机模式。

在描述尖峰、浪涌、纹波以及其他要求的细节之前，先来看一下工作模式。毫不奇怪，“启动模式”描述的是引擎启动时发生的情况;“正常运行模式”描述的是系统无故障运行时的情况;“仅发动机模式”描述的是一种特别恶劣的情况，即电池断接和发电机直接给电子设备供电。

仅发动机模式是一种非常富挑战性的情况。通常，尽管发电机电源波动，但电池保持相对恒定的电压，因此掩盖了发电机的不稳定性。可以预料，仅发动机模式设定的限制比正常工作模式严格。在大多数情况下，如果一个系统能够通过在“仅发动机模式”情况工作，那么该系统在正常运行模式时不会有任何问题。(一种可能的例外是，与处于正常运行模式的 20mΩ 源阻抗相比，仅发动机模式的 500mΩ 源阻抗在浪涌期间可以减轻负担。)

2 稳定状态

与任何标准都类似的是，MIL-STD-1275D 详细解释了各种情况和要求。本文的目的是，以更加容易理解的形式介绍这些要求以及建议采用的解决方案。

MIL-STD-1275D 给出的“稳定状态”定义是：“电路值保持基本恒定的情况，这种情况在所有初始瞬态或波动情况平复之后出现。在这种情况中，还有一点也是明确的，即在系统正常运行期间仅发生固有或自然变化 (即系统没发生故障，对系统的任何部分都未进行意外更改)。”

简言之，在稳定状态，输入电压保持相对恒定。如表 1 所示，在正常运行模式，稳定状态输入电压范围为 25V 至 30V。在仅发动机模式 (发生电池断接情况)，稳定状态电压范围稍微宽一些，为 23V 至 33V。

3 尖峰

这里我们不引用 MIL-STD-1275D 的“尖峰”定义，而是根据图 1 中所示例子。尖峰一般是震荡性的 (振铃)，并在 1ms 时间内逐步衰减到稳定状态电压。MIL-STD-1275D 申明，这类尖峰发生在切换电抗性负载之时，也可能发生在鸣响号角、操作舱底泵、启停引擎或旋转枪架期间。

尽管上述描述在理解尖峰时是有用的，但是实际要求是由图 2 定义的 (就仅发动机模式而言)。此外，在小节“输入 EDUT 的电压尖峰”中，MIL-STD-1275D 描述了推荐的测试配置以及所需的上升时间和震荡频率。需要提到的一个重要事实是，能量最大值限制到 15mJ。对正常运行模式的尖峰要求与仅发动机模式类似，只是正常运行模式限制是 40V (在 1ms)，而不是 100V (在 1ms)。

4 浪涌

尖峰是持续时间不到 1ms 的瞬态;浪涌则是持续时间较长的瞬态。图 3 显示了仅发动机模式的限制。MIL-STD-1275D 推荐进行的测试规定，应该以 1s 的重复时间，给系统输入加上 5 个持续时间 50ms 的 100V 脉冲。有趣的是，图 3 所示浪涌情况的包络要求比较难以满足，因为该浪涌未在全部 500ms 时间内保持 40V。本文所示解决方案满足了这些情况的要求。就浪涌而言，对正常运行模式的要求是较为容易;正常运行模式的浪涌包络类似，除了电压最大值是 40V 而不是 100V。

5 纹波

纹波这个术语指的是，输入电压相对于稳定状态 DC 电压的变化。纹波频率可能由 50Hz 至 200kHz 的频率组成。在仅发动机模式，纹波相对于 DC 稳定状态电压可能偏离多达 ±7V。在正常运行模式，纹波略低，相对于稳定状态 DC 电压偏离 ±2V。MIL-STD-1275D 规范规定了明确的测试条件，并推荐了一组测试频率。

6 启动模式

除了正常运行模式和仅发动机模式，MIL-STD-1275D 规范还定义了启动模式，描述了引擎启动器和发动导致的电压变化。图 4 来自 MIL-STD-1275D 规范。曲线从稳定状态 DC 电压开始，然后在“初次啮合浪涌 (Initial Engagement Surge - IES)”期间降到低至 6V。在 1 秒时间内，该曲线上升至“发动级”，这时最低电压为 16V。该曲线在 30 秒时间内再次返回到稳定状态 DC 电压。

7 其他要求

MIL-STD-1275D 明确规定，系统必须承受极性反转而不被损坏。在迅速启动期间，如果启动器电缆反接了，就会出现这种情况。MIL-STD-1275D 接下来引用了另一个有关电磁兼容性要求的标准 MIL-STD-461，而该标准超出了本文讨论范围。

8 符合 MIL-STD-1275D 要求的浪涌抑制器解决方案

凌力尔特公司的浪涌抑制器产品可构成富有吸引力的 MIL-STD-1275D 兼容解决方案。其他设计一般在输入采用并联箝位，这在持续过压情况下，可能导致损坏或保险丝熔化。

当面对输入电压尖峰和浪涌时，LTC4366 和 LT4363 等高压浪涌抑制器用串联 MOSFET 限制输出电压，而不是用笨重的无源组件将很多能量分流到地。在正常运行时，MOSFET 得到全面改进以最大限度降低 MOSFET 的功耗。当浪涌或尖峰期间输入电压上升时，浪涌抑制器调节输出电压，以向负载提供安全、不间断的供电。电流限制和定时器功能保护外部 MOSFET 免受更严重情况的影响。

9 浪涌

在 MIL-STD-1275D 中，MOSFET 功耗最严重的情况发生在 100V 输入浪涌时。图 5 所示电路将输出电压调节至 44V。结果，该电路必须从 100V 输入下降 56V，降至 44V 输出。在这一符合 MIL-STD-1275D 要求的解决方案中，为了提高输出端可用功率，采用了两个串联 MOSFET。用 LTC4366 将第一个 MOSFET 的源极调节至 66V，同时用 LT4363 将第二个 MOSFET 的源极调节至 44V。这就降低了在两个 MOSFET 任意一个中必须消耗的功率。