某航空發(fā)動機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。為此我們設計了備用電源放電保護電路，通過該電路可以設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，規(guī)定電池在一定放電條件下，應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。而放電時間率是指在一定的放電電流條件下，放電至終止電壓的時間長短，如10小時率為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充電使用的最低電壓，10小時率、8小時率和3小時率的蓄電池放電單體終止電壓為1．8V，1小時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間而變化的過程。如圖1所示，從10小時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，放電時間接近10h時端電壓陡降。從圖1還可以看出，放電小時率越小，蓄電池的放電電流越大，放電時間就越短，蓄電池的端電壓下降越快；放電小時率越大，蓄電池的放電電流越小，放電時間就越長，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電路的閾值電壓。

圖1蓄電池放電特性曲線

2 保護電路設計

2．1 供電電路設計

供電電路的功用是為整個放電保護電路供電。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)保護功能，電路安全可靠。我們選擇的是CW7812和CW7805對整個電路供電，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 閾值設定電路設計

閾值設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，使負向輸入端的電壓為2V，也就是說蓄電池的閾值電壓設為20V。

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

2．3 鎖存電路設計

我們利用NE555存儲方式設計了鎖存電路，如圖2所示，它把閾值設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10kΩ電阻分壓施加電源的一半電壓，使其工作于存儲方式。10kΩ和5μF的阻容網(wǎng)絡接到NE555的4腳上，當其開始接通電源時，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NE555的2腳和7腳瞬時輸入低電平時，3腳輸出高電平到控制電路；當NE555的2腳和7腳輸入高電平時，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只有一個輸入端。

2．4 控制電路設計

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)過兩個三極管進行反向和電流放大后控制繼電器的通斷。

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

3 保護電路實驗驗證

保護電路的實驗驗證主要是通過可調(diào)電壓源模擬蓄電池的放電過程，然后測試保護電路的工作情況，如圖3所示。當可調(diào)電壓源電壓高于20V時，萬用表讀數(shù)與可調(diào)電壓源電壓一致；當可調(diào)電壓源電壓低于20V時，萬用表沒有讀數(shù)，斷電信號燈亮。上述實驗結果證明，此保護電路完全實現(xiàn)了設計要求。


4 結束語

本文設計的放電保護電路現(xiàn)已成功應用于某航空發(fā)動機檢測儀的24V備用電源中，實際應用效果很好，解決了蓄電池深度放電后影響檢測儀正常工作的問題，加強了航空發(fā)動機的保障能力。