某航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢測儀的供電要求是18～36V的寬電壓，它所配備的備用電源是24V的鉛酸蓄電池，如果該電池經(jīng)過深度放電后就有可能使輸出電壓不足，影響檢測儀的正常工作。為此我們設(shè)計(jì)了備用電源放電保護(hù)電路，通過該電路可以設(shè)置備用電源的最低輸出電壓，從而保證檢測儀的正常工作。

1 蓄電池放電特性

蓄電池的容量是指蓄電池儲(chǔ)存的電量，通常用C表示，單位為Ah。額定容量則是指制造電池時(shí)，規(guī)定電池在一定放電條件下，應(yīng)該放出的最低限度的電量，即在25℃環(huán)境溫度下，蓄電池以10小時(shí)率電流放電至終止電壓所放出的電量，額定容量用C10表示。而放電時(shí)間率是指在一定的放電電流條件下，放電至終止電壓的時(shí)間長短，如10小時(shí)率為10hr。另外，放電終止電壓是指蓄電池以一定的放電率在25℃環(huán)境溫度下放電到能再反復(fù)充電使用的最低電壓，10小時(shí)率、8小時(shí)率和3小時(shí)率的蓄電池放電單體終止電壓為1．8V，1小時(shí)率蓄電池放電單體終止電壓為1．75V。

蓄電池放電特性是指蓄電池端電壓隨放電時(shí)間而變化的過程。如圖1所示，從10小時(shí)率的放電曲線可以看出，放電初期(1h內(nèi))的端電壓保持平穩(wěn)，放電至2h之后蓄電池的端電壓開始緩慢下降，放電時(shí)間接近10h時(shí)端電壓陡降。從圖1還可以看出，放電小時(shí)率越小，蓄電池的放電電流越大，放電時(shí)間就越短，蓄電池的端電壓下降越快；放電小時(shí)率越大，蓄電池的放電電流越小，放電時(shí)間就越長，蓄電池的端電壓下降就越慢。
以上端電壓特性的分析有助于我們下一步確定放電保護(hù)電路的閾值電壓。

圖1蓄電池放電特性曲線

2 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

2．1 供電電路設(shè)計(jì)

供電電路的功用是為整個(gè)放電保護(hù)電路供電。供電電源選擇的是CW7800系列的通用固定三端正電壓穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器有5V、6V、9V、15V、18V和24v七種不同的固定輸出電壓，廣泛用于各種電子設(shè)備中，最大輸出電流為1．5A，具有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能，電路安全可靠。我們選擇的是CW7812和CW7805對整個(gè)電路供電，如圖2所示，CW7812的輸入端接蓄電池，輸出端接CW7805的輸入端，CW7805的輸出端接入電路中。CW7812的作用是降低CW7805的功耗，保證供電穩(wěn)定。


2．2 閾值設(shè)定電路設(shè)計(jì)

閾值設(shè)定電路選擇的比較放大器LMl93，它的輸入失調(diào)電壓2mV，溫度漂移7 μv／℃，偏置電流50nA，±1．5～±16V電源，可單電源工作，功耗57mW。蓄電池電源經(jīng)過9kΩ和lkΩ電阻分壓，送入到電壓比較器的正向輸入端，CW7805輸出的5v電壓經(jīng)過固定電阻10kΩ和可調(diào)電阻5kΩ的分壓送入到電壓比較器的負(fù)向輸入端，根據(jù)前面對蓄電池放電特性的分析，通過調(diào)整可調(diào)電阻，使負(fù)向輸入端的電壓為2V，也就是說蓄電池的閾值電壓設(shè)為20V。

當(dāng)蓄電池電壓高于20V時(shí)，LMl93輸出高電平到鎖存電路中NE555的2腳和7腳：當(dāng)蓄電池電壓低于20V時(shí)，LMl93輸出高電平到鎖存電路中NE555的2腳和7腳。

2．3 鎖存電路設(shè)計(jì)

我們利用NE555存儲(chǔ)方式設(shè)計(jì)了鎖存電路，如圖2所示，它把閾值設(shè)定電路的輸出信號作為輸入控制信號，將NE555的2腳和7腳接在一起，并經(jīng)兩個(gè)10kΩ電阻分壓施加電源的一半電壓，使其工作于存儲(chǔ)方式。10kΩ和5μF的阻容網(wǎng)絡(luò)接到NE555的4腳上，當(dāng)其開始接通電源時(shí)，鎖存變?yōu)獒尫艩顟B(tài)。接2腳和7腳的O．1 μF電容與接8腳的0．1μF的電容為抗擾電容。

當(dāng)NE555的2腳和7腳瞬時(shí)輸入低電平時(shí)，3腳輸出高電平到控制電路；當(dāng)NE555的2腳和7腳輸入高電平時(shí)，3腳輸出低電平到控制電路，并將低電平信號鎖存。NE555的這種工作方式類似于R-S鎖存電路，不同的是NE555只有一個(gè)輸入端。

2．4 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路選擇的是一路常開、一路常閉的雙路繼電器，常開的一路接蓄電池的正電壓輸出端，常閉的一路接斷電指示燈。NE555的3腳輸出信號經(jīng)過兩個(gè)三極管進(jìn)行反向和電流放大后控制繼電器的通斷。

當(dāng)NE555的3腳輸出低電平時(shí)，繼電器接通，蓄電池正常供電；當(dāng)NE555的3腳輸出高電平時(shí)，繼電器斷開，斷電指示燈亮。

3 保護(hù)電路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

保護(hù)電路的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證主要是通過可調(diào)電壓源模擬蓄電池的放電過程，然后測試保護(hù)電路的工作情況，如圖3所示。當(dāng)可調(diào)電壓源電壓高于20V時(shí)，萬用表讀數(shù)與可調(diào)電壓源電壓一致；當(dāng)可調(diào)電壓源電壓低于20V時(shí)，萬用表沒有讀數(shù)，斷電信號燈亮。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此保護(hù)電路完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。


4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的放電保護(hù)電路現(xiàn)已成功應(yīng)用于某航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢測儀的24V備用電源中，實(shí)際應(yīng)用效果很好，解決了蓄電池深度放電后影響檢測儀正常工作的問題，加強(qiáng)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的保障能力。