某航空发动机检测仪备用电源放电保护电路设计

某航空发动机检测仪的供电要求是18～36V的宽电压，它所配备的备用电源是24V的铅酸蓄电池，如果该电池经过深度放电后就有可能使输出电压不足，影响检测仪的正常工作。为此我们设计了备用电源放电保护电路，通过该电路可以设置备用电源的最低输出电压，从而保证检测仪的正常工作。

1 蓄电池放电特性

蓄电池的容量是指蓄电池储存的电量，通常用C表示，单位为Ah。额定容量则是指制造电池时，规定电池在一定放电条件下，应该放出的最低限度的电量，即在25℃环境温度下，蓄电池以10小时率电流放电至终止电压所放出的电量，额定容量用C10表示。而放电时间率是指在一定的放电电流条件下，放电至终止电压的时间长短，如10小时率为10hr。另外，放电终止电压是指蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电到能再反复充电使用的最低电压，10小时率、8小时率和3小时率的蓄电池放电单体终止电压为1．8V，1小时率蓄电池放电单体终止电压为1．75V。

蓄电池放电特性是指蓄电池端电压随放电时间而变化的过程。如图1所示，从10小时率的放电曲线可以看出，放电初期(1h内)的端电压保持平稳，放电至2h之后蓄电池的端电压开始缓慢下降，放电时间接近10h时端电压陡降。从图1还可以看出，放电小时率越小，蓄电池的放电电流越大，放电时间就越短，蓄电池的端电压下降越快；放电小时率越大，蓄电池的放电电流越小，放电时间就越长，蓄电池的端电压下降就越慢。
以上端电压特性的分析有助于我们下一步确定放电保护电路的阈值电压。

图1蓄电池放电特性曲线

2 保护电路设计

2．1 供电电路设计

供电电路的功用是为整个放电保护电路供电。供电电源选择的是CW7800系列的通用固定三端正电压稳压器，该稳压器有5V、6V、9V、15V、18V和24v七种不同的固定输出电压，广泛用于各种电子设备中，最大输出电流为1．5A，具有内部过流、热过载和输出晶体管安全区保护功能，电路安全可靠。我们选择的是CW7812和CW7805对整个电路供电，如图2所示，CW7812的输入端接蓄电池，输出端接CW7805的输入端，CW7805的输出端接入电路中。CW7812的作用是降低CW7805的功耗，保证供电稳定。


2．2 阈值设定电路设计

阈值设定电路选择的比较放大器LMl93，它的输入失调电压2mV，温度漂移7 μv／℃，偏置电流50nA，±1．5～±16V电源，可单电源工作，功耗57mW。蓄电池电源经过9kΩ和lkΩ电阻分压，送入到电压比较器的正向输入端，CW7805输出的5v电压经过固定电阻10kΩ和可调电阻5kΩ的分压送入到电压比较器的负向输入端，根据前面对蓄电池放电特性的分析，通过调整可调电阻，使负向输入端的电压为2V，也就是说蓄电池的阈值电压设为20V。

当蓄电池电压高于20V时，LMl93输出高电平到锁存电路中NE555的2脚和7脚：当蓄电池电压低于20V时，LMl93输出高电平到锁存电路中NE555的2脚和7脚。

2．3 锁存电路设计

我们利用NE555存储方式设计了锁存电路，如图2所示，它把阈值设定电路的输出信号作为输入控制信号，将NE555的2脚和7脚接在一起，并经两个10kΩ电阻分压施加电源的一半电压，使其工作于存储方式。10kΩ和5μF的阻容网络接到NE555的4脚上，当其开始接通电源时，锁存变为释放状态。接2脚和7脚的O．1 μF电容与接8脚的0．1μF的电容为抗扰电容。

当NE555的2脚和7脚瞬时输入低电平时，3脚输出高电平到控制电路；当NE555的2脚和7脚输入高电平时，3脚输出低电平到控制电路，并将低电平信号锁存。NE555的这种工作方式类似于R-S锁存电路，不同的是NE555只有一个输入端。

2．4 控制电路设计

控制电路选择的是一路常开、一路常闭的双路继电器，常开的一路接蓄电池的正电压输出端，常闭的一路接断电指示灯。NE555的3脚输出信号经过两个三极管进行反向和电流放大后控制继电器的通断。

当NE555的3脚输出低电平时，继电器接通，蓄电池正常供电；当NE555的3脚输出高电平时，继电器断开，断电指示灯亮。

3 保护电路实验验证

保护电路的实验验证主要是通过可调电压源模拟蓄电池的放电过程，然后测试保护电路的工作情况，如图3所示。当可调电压源电压高于20V时，万用表读数与可调电压源电压一致；当可调电压源电压低于20V时，万用表没有读数，断电信号灯亮。上述实验结果证明，此保护电路完全实现了设计要求。


4 结束语

本文设计的放电保护电路现已成功应用于某航空发动机检测仪的24V备用电源中，实际应用效果很好，解决了蓄电池深度放电后影响检测仪正常工作的问题，加强了航空发动机的保障能力。