航空和國防應用的電源保護策略

LRU（現場可更換單元）是採用標準的實體及電氣介面的模組化子系統。LRU廣泛用于軍用和民用航空領域，在這類應用環境中，簡單的單元替換可簡化遠端位置的維護工作。每個LRU都必須符合嚴格的設計規格和標準要求，以確保在惡劣環境中的相容性和可靠性。

　　本文將討論LRU電源介面，重點討論在電壓尖峰、突波及紋波形式的電源異常情況下，如何保護下行DC/DC轉換器和線性穩壓器。

　　尖峰、突波和紋波

　　尖峰和突波的定義在不同的標準中略有差異。各國都制訂了自己的軍用標準，而飛機製造商採用自行標準，RTCA（航空無線電技術委員會）則制訂了國際性標準，以在前兩者之間設立起銜接的橋梁。表1顯示了叁種主要的參考標準并匯總了其瞬態要求。

　　以上只是必須滿足的粗略要求，每種規格都包含有詳細的性能曲線示意圖和測試條件。MIL-STD-1275D標準的發電機模式下的紋波規格給出的是最極端情況，正常工作模式規定為偏離穩態條件±2V。其他的國家級規格還有很多，比如英國政府制訂針對軍用車輛的DEFSTAN 61-5（第六部份），該標準的要求與MIL-STD-1275D大致相似，不過其針對的是12V和24V系統。

　　系統的設計必須可以承受所規定的最極端狀況，但通常情況下的目標是，開發出的電路在達到預先確定的安全停機點之前，能在規定的瞬態變化範圍內持續工作。在某些情況下，在有限的LRU機箱內，因為要縮小組件的實體尺寸，不能完全滿足規格要求，這就需要在客戶和供應商同意的情況下修訂規格。

　　這種差異導致很難開發一個滿足所有需求的單一解決方案，而且計畫不同標準要求也有很多變化，為了滿足工作環境要求需要對開發中的LRU做相應調整。因此，設計師要視乎情況不同而採用不同的保護電路。

　　設計挑戰

　　電壓尖峰往往表現為持續數十微秒的幾百伏電壓，源自雷擊或負載階躍的感性耦合。目前的對策是在LRU連接器組件中使用一個瞬態電壓抑制器，并結合一個π型濾波器與鐵氧體磁珠陣列，這種解決方案有效且節省空間。

　　而更具挑戰性的是防止電壓突波的傳播，其由負載突降引起，通常低于100V并持續數十或數百毫秒。當一個負載電路斷接導致交流發電機兩端的電壓短時間內迅速增大、因而採用相同電源的其他負載上的電壓也在短時間內迅速增大時，就會產生電壓突波傳播。解決方案之一是採用由一個串聯電感器和高值電解旁路電容器組成的被動網路，配以一個瞬態電壓抑制器和熔絲。然而，此類解決方案往往很龐大，而且會出現某些較高電壓的傳輸，因此要求下行組件必須耐受比實際需求更高的輸入電壓。

　　業界設計人員通常基于使用MOSFET傳輸元件（pass element）的分離組件來開發主動解決方案，但這通常需要花費大量的測試時間用于最佳化感應、控制迴路及傳輸電晶體電路。防止MOSFET傳輸元件過熱并使之處于安全工作區內常常被認為是設計中最具挑戰性的環節。有時仍需要使用熔絲來保護MOSFET免遭短路故障。但更換熔絲對于民用航空而言會很麻煩，或者會導致重要的軍用設備在緊要關頭癱瘓。本文推薦的一種解決電壓突波問題的方案是，採用LT4356突波抑制器，該元件非常適用于完成抑制突波的任務，后面將詳細地介紹其工作塬理。

　　此外，LRU輸入電源上的電壓紋波可能帶來進一步的設計挑戰。尤其是，針對軍用車輛發電機模式的MIL-STD-1275D規格相當嚴格（參見表1）。人們採用了各種不同的方法，包括允許保護電路將紋波傳遞至穩壓級或者到電壓紋波幅度更加適中的地方，以及在保護電路內部對其進行濾波處理等。在后一種方法中，必須對保護電路實施最佳化，以便有針對性地處理具有不同特性的大電壓瞬變與小幅度的緩變紋波。

　　表1：瞬態要求概要。

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