一種宇航抗閂鎖電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及供電可靠性防護技術領域，具體涉及一種宇航抗閂鎖電路。
【背景技術】
[0002] 由于空間環境的特殊性，單粒子鎖定(SEL)事件危害極大，因此抗單粒子鎖定是電 路設計的重要部分之一，是保證電路、設備在空間環境正常運行的必要保證手段。
[0003]傳統的抗鎖定電路一般采用電源端串接限流電阻的方式，當發生鎖定時，通過電 阻限制通過集成電路的電流，保證集成電路不被燒毀。此方式設計簡單，但只適用于傳統的 小電流器件，隨著宇航設備的升級換代，高密度、大功耗的大型集成電路(FPGA、DSP、CPU)已 經大量使用，這些器件的10電源和核電源電流都比較大，如果采用傳統的串接電阻的方式， 電阻上的壓降將使得器件無法正常工作，此種方式已經完全不能應用于大型集成電路的抗 鎖定設計中。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明提供了一種宇航抗閂鎖電路，能夠有效解決大電流模塊的抗鎖 定問題，電路簡單可靠，元器件數量少，方便多路大量集成使用。
[0005]本發明的宇航抗閂鎖電路，包括電源模塊N1、電流采樣模塊、時間控制模塊和電壓 比較模塊，其中，電流采樣模塊包括采樣電阻R1和反饋式差分運算放大器N2A;時間控制模 塊為一階RC電路，由電阻R6和電容模塊C5組成；電壓比較模塊包括比較器N3A;電源模塊N1 為負載供電，其使能端控制其輸出端是否輸出電流；
[0006]其中，采樣電阻R1串聯在電源模塊N1的輸出端，反饋式差分運算放大器N2A的正、 負輸入端分別接在采樣電阻R1的兩端，反饋電阻R4的兩端分別接在運算放大器N2A的負輸 入端和輸出端；
[0007] RC電路串聯在運算放大器N2A的輸出端與地之間，其中，電阻R6接運算放大器N2A 的輸出端，電容模塊C5接地；
[0008]比較器N3A的負輸入端接在電阻R6與電容C5之間，正輸入端接預設的過流保護電 壓，輸出端接電源申旲塊N1的使能端。
[0009] 進一步地，所述電容模塊C5由電容C3和C4串聯而成。
[0010]進一步地，所述運算放大器N2A采用輸入阻抗大于G歐姆量級的高阻抗運算放大 器，運算放大器N2A的正輸入端通過電阻R3接采樣電阻R1的高電壓端，運算放大器N2A的負 輸入端通過電阻R2接采樣電阻R1的低電壓端。
[0011] 進一步地，所述運算放大器N2A的正輸入端經電阻R5接地，通過調節電阻R5和反饋 電阻R4的大小完成運算放大器N2A的放大倍數設置。
[0012] 進一步地，所述運算放大器N2A的電源端通過電阻R12和電阻R13組成的并聯電路 接+5V電源。
[0013]進一步地，還包括電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電容C1和電容C2;其中，電阻 R7和電阻R8并聯在電源+5V與比較器N3A的正輸入端之間；電阻R9和電阻R10串聯在地與比 較器N3A的正輸入端之間；電容C1、電容C2串聯后，并聯在電容R9、變電阻R10組成的串聯電 路的兩端;通過調節電阻R7、電阻R8、電阻R9和電阻R10大小，獲得預設的過流保護電壓值。 [0014] 進一步地，所述比較器N3A的電源端通過電阻R14和電阻R15組成的并聯電路接+5V 電源。
[0015] 進一步地，所述比較器N3A的輸出端還通過電阻R11與電源+5V連接。
[0016] 有益效果：
[0017]宇航用抗鎖定電路設計合理，電路簡單可靠，是一種良好的抗鎖定電路，可以有效 解決大電流模塊的抗鎖定設計問題，電路簡單可靠，元器件數量少，方便多路大量集成使 用。電路抗鎖定閾值在20mA~2A范圍內可設置，鎖定電流分辨率小于10mA，鎖定保護時間在 500ys~Is范圍內可設，時間精度小于2ys。電路設計思路合理、方法可行，可以大量應用在 宇航大規模集成電路的供電可靠性設計領域。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明電路圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0020] 本發明提供了一種宇航抗閂鎖電路，首先采用高性能運算放大器和采樣電阻完成 負載電流信號的采樣，將負載電流信號轉化為對應的電壓量，并通過一階RC電路完成限流 時間設置，然后將該電壓量與預先設置的限流電壓量進行比較，進而控制電源模塊的使能 端，完成電源模塊的加斷電控制，實現對負載的保護。
[0021 ]本發明組成如圖1所示，包括電源模塊N1、電流采樣模塊、時間控制模塊和電壓比 較模塊四部分；
[0022]其中，電源模塊N1為負載(集成電路)供電，其使能端控制其輸出端是否輸出電流； [0023]電流采樣模塊包括采樣電阻R1和差分運算放大器N2A，其中，采樣電阻R1串聯在電 源模塊N1的輸出端，對電源模塊N1的輸出電流進行采樣;差分運算放大器N2A對采樣電阻R1 兩端的電壓進行差分放大計算，將電源模塊N1的輸出采樣電流轉化為采樣電阻R1的壓降， 由于該電壓信號很小，將其進行放大，以便后續處理。
[0024]其中，根據電源模塊N1的負載穩態電流大小選擇采樣電阻R1的阻值，例如，當負載 穩態電流為1A左右時，選擇采樣電阻阻值為ΙΟπιΩ，此時，有采樣電阻帶來的輸出電源的壓 降僅為10mV，不會對用電設備產生太大的影響。當負載電流超過2Α時，建議采樣電阻阻值為 5πιΩ，從而避免采樣電阻上產生過大的壓降和過多功耗，影響供電的可靠性。
[0025]差分運算放大器為典型的反饋差分放大模式，運算放大器的正、負輸入端分別接 電流采樣電阻R1的兩端，其中，負輸入端通過輸入電阻R2接電流采樣電阻R1的低端電壓，正 輸入端通過輸入電阻R3接電流采樣電阻R1的高端電壓;負輸入端與輸出端之間串聯反饋變 電阻R4;運算放大器的地腳接地，電阻R12和電阻R13并聯后，串聯在運算放大器的電源端與 電源+5V之間；變電阻R5串聯在運算放大器的正輸入端與地之間；運算放大器的放大倍數根 據R1的電流大小決定。
[0026]選擇高阻抗運算放大器，運算放大器的輸入阻抗大于G歐姆量級，本發明選擇宇航 目錄內高可靠高輸入阻抗的LM124,為保證電源回路的可靠性，運算放大器輸入端選擇串接 高阻(R2和R3)，防止因運算放大器故障影響電源輸出。
[0027]運算放大器電路為典型的反饋式差分放大方式，運算放大器輸出電壓(A點電壓） 為：
[0029] 其中，Vciut為電源模塊N1的輸出電壓。
[0030] 實際設計中，一般取R2 =R3，R4=R5,因此上式即可減化為
[0032]其中，心,為通過采樣電阻的電流，即為負載電流。
[0033]為了保證良好的比較特性，當負載電流較小時運算放大器的放大倍數較大，負載 電流較大時運算放大器的放大倍數較小，可以通過調節反饋電阻R4和電阻R5完成運算放大 器的放大倍數設置。
[0034]時間控制模塊為一階的RC電路，由變電阻R6、電容C3和電容C4串聯組成，運算放大 器的輸出端依次經變電阻R6、電容C3和電容C4后接地，通過一階RC電路(R6、C3、C4)決定運 算放大器的輸出信號的過流時間和關斷恢復時間。根據一階RC電路的階躍激勵的原理，當 電路發生鎖定時，流過采樣電阻的電流發生躍變，本發明電容采用雙電容串聯方式，防止因 單個電容擊穿而導致防護電路失效。C3、C4串聯以后的電容上的電壓為
[0036]其中：Vmo)為電路正常工作時運算放大器輸出的電壓；AVa為由于鎖定引起的A點 的電壓變化量;t=R6XC，
[0037]當比較器負端電壓大于等于設定的過流電壓（即電壓VB)時，電