飞机防滑控制盒信号输出点的接口电路及其设计方法与流程

本发明涉及防滑刹车系统领域，具体是防滑刹车系统防滑控制盒信号输出点的接口电路及其设计方法。

背景技术：

现代飞机对刹车系统防滑控制盒都有信号采集要求，但是在信号采集过程中，经常发生由于电缆上的高压尖峰干扰信号传导到信号输出端口，造成防滑控制盒信号输出端元器件损坏故障。造成防滑控制盒故障率高，同时给外场试飞造成不利影响。

经检索“专利号为cn103701456a”的专利《功放对外接口电路》介绍了一种功放对外接口电路，这个电路通过三极管q2，电阻r1，电阻r2，电阻r3和电阻r4之间的连线，进一步利用三极管的导通特性将功放对外接口电路内部电路和外部输出端口进行有效隔离，从而很好的保护接口内部电路，还有输入vin通过三极管与输入分压电阻一起提高反转门槛电压，能够有效保护功放对外接口电路安全，有效防止外界干扰的同时还能够提高功放对外接口电路的可靠性，确保电路安全。

但是专利号为cn103701456a的专利《功放对外接口电路》介绍的功放对外接口电路，这种接口电路没有自我保护装置，在外界电源信号不稳定或有超过三极管q2耐压值的尖峰电压传导过来时，经常发生三极管q2击穿损坏故障。受三极管q2耐压参数值的影响，电压值vcc1不能太高。现有技术电路原理图见图1。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的易发生三极管击穿损坏的不足，本发明提出了一种飞机防滑控制盒信号输出点的接口电路及其设计方法。

本发明包括电压跟随器、限压电路和滤波电路组成。所述的电压跟随器的输出端与滤波电路中的电阻r5的输入端联通；该电阻r5的输出端与电容c1联通；所述电容c1与限压电路中的双向瞬态抑制二级管d1和二级管d2并联，该电容c1的负极端与地线联通。

所述的电压跟随器由运算放大器的第2脚与第1脚连接组成，并以该第1脚作为输出端；以该运算放大器的第3脚作为输出信号vin的输入点，运算放大器的第8脚与直流电源的正极连接；运算放大器的第4脚与电源地线连接；

在连接限压电路和滤波电路时，所述电阻r5的输出端与双向瞬态抑制二级管d1的输入端连接，将所述双向瞬态抑制二级管d1与电阻r5连接的端点与二级管d2的负极端和电容c1的正极连通，同时以所述双向瞬态抑制二级管d1的一端、电阻r5输出端、二级管d2的负极端与电容c1之间所形成的端点作为接口电路信号的输出点vout。双向瞬态抑制二级管d1的另一端、二级管d2的正极端和c1电容的负极分别与电源地线连接。

所述的运算放大器选用7f158。

本发明提出的所述接口电路的设计过程是：

步骤一、确定隔离电路。

所确定的隔离电路为电压跟随器。

所述的电压跟随器是由运算放大器的第1脚与该运算放大器的第2脚联通，以所述的第1脚作为信号的输出点，以运算放大器的第3脚作为信号的输入点。

所述电压跟随器输入信号波形为4～12.5v的直流电压，选用运算放大器q1，运算放大器的第8脚采用+18vdc供电。

步骤二、确定限压电路的使用要求

所述限压电路包括双向瞬态抑制二级管d1和二极管d2。

使用中，所述双向瞬态抑制二级管d1能够把运算放大器的第1脚输出点电压控制在-15～15v之间；当有高于15v的尖峰电压经过时，尖峰电压与d1双向瞬态抑制二级管形成通路，能够把电压钳制到15v；当低于-15v的电压通过时，双向瞬态抑制二级管d1把电压钳制到-15v；同时二极管d2正向导通把7f158的第1脚电压锁定在-0.7v。所述限压电路将接口电路输出点的电压箝位在-0.7v～15v，防止电缆传导过来的瞬间大电压对电压跟随器造成损坏。

由于隔离保护电路电压跟随器输出点的电压vin范围是4～12.5v，运算放大器的8脚电源电压vcc为+18vdc，运算放大器的4脚接地；即保证输出点vout信号输出点的电压范围4～12.5v，又保证电压二级管箝位电压不大于18vdc。

步骤三、确定滤波电路

所述接口电路中的电阻r5和电容c1同时与负载组成低通滤波器，保证本发明不受外界高频率信号的影响，低通滤波器截止频率f由公式(1)确定。

f＝1/(2πrc)(1)

式中：

f-频率，单位hz；

r-电阻r5和负载电阻，单位为ω；

c-滤波电容，单位为f。

至此，通过确定隔离保护电路、二级管参数和滤波电路完成了所述接口电路的设计。

为了解决防滑控制盒信号输出端元器件损坏故障，本发明在防滑控制盒与信号输出端接口之间增加具有隔离保护作用的接口电路。所述接口电路结构原理图见图2.这个接口电路用运算放大器7f158的3脚作为输出信号vin的输入点，运算放大器7f158的2脚与1脚连接，组成电压跟随器，运算放大器7f158的8脚与+18v直流电源连接，运算放大器7f158的4脚与电源地线连接；运算放大器7f158的1脚与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与d1双向瞬态抑制二级管的一端连接，d1双向瞬态抑制二级管与电阻r5连接的端点与d2二级管的负端和c1电容的正极连通，同时这个端点作为信号输出点。d1双向瞬态抑制二级管另一端、d2二级管的正端和c1电容的负极与电源地线连接。

接口电路工作时，信号vin从运算放大器7f158的3脚输入，vin输入信号为4v～12.5v的直流电压信号。将运算放大器7f158的1脚与2脚连接，组成电压跟随器，提高接口电路的带载能力，从而消除负载变化对输出电压的影响，可以在电路中作为阻抗变换器或缓冲器。用运算放大器7f158的3脚作为信号的输入端，当负载变化时，运算放大器7f158的1脚的输出电压不变；

是因为运算放大器7f158的8脚电源电压为+18v，选用15v的d1双向瞬态抑制二级管完全能够满足设计和使用要求；d1双向瞬态抑制二级管能够将vout信号输出点的电压控制在-15～+15v之间，所述接口电路将vout信号输出点的电压控制在-15～+15v之间，当有大于+15v的尖峰电压出现在vout信号输出点时，尖峰电压与d1双向瞬态抑制二级管形成通路，d1双向瞬态抑制二级管的功率高达600w，能够吸收瞬间高电压能量，并把电压钳制到+15v；当低于-15v的电压通过时，d1双向瞬态抑制二级管把电压钳制到-15v，同时d2二极管正向导通把vout信号输出点的电压锁定在-0.7v，最终接口电路vout信号输出点的电压控制在-0.7v～15v范围内，电阻r5在接口电路中起限流作用。同时电容c1组成c型滤波器，对vout信号输出点的高频信号进行过滤，防止高频信号反向灌入防滑控制盒的接口电路。保证防滑控制盒不受大电压信号的干扰而发生损坏。

本发明作为信号输出点的接口电路，运算放大器7f158组成的电压跟随器在电路中作为阻抗变换器或缓冲器，保证输出电压参数值不受影响，能够保证输出信号的真实性和稳定性；d1双向瞬态抑制二级管和d2二极管bz03c对输出vout点电压进行箝位，即保证了信号正常输出，又能保证本发明不受外界传导过来的尖峰电压的作用而损坏，提高了本发明的稳定性和可靠性，电阻r5在接口电路中起限流作用。同时电容c1组成低通滤波器，对vout信号输出点的高频信号进行过滤，防止高频信号反向灌入防滑控制盒的接口电路。本发明解决了信号输出点电路损坏的问题，提高了防滑控制盒的安全性和可靠性。

附图说明

图1现有技术的电路图。

图2本发明的接口电路图。

具体实施方式

本实施例是一种接口电路及其设计方法。

本实施例用运算放大器7f158的3脚作为输出信号vin的输入点，运算放大器7f158的第2脚与第1脚连接，组成电压跟随器；运算放大器7f158的第8脚与+18v直流电源的正极连接；运算放大器7f158的第4脚与电源地线连接；运算放大器7f158的第1脚与电阻r5的一端连接，该电阻r5的另一端与双向瞬态抑制二级管d1的一端连接，再将双向瞬态抑制二级管d1与电阻r5连接的端点与二级管d2的负极端和电容c1的正极连通，同时以所述双向瞬态抑制二级管d1、电阻r5、二级管d2的负端和电容c1之间所形成的端点作为接口电路信号的输出点。双向瞬态抑制二级管d1的另一端、二级管d2的正极端和c1电容的负极分别与电源地线连接。

本实施例的具体主要设计过程是：

步骤一、确定隔离电路。

所确定的隔离电路为电压跟随器。

所述的电压跟随器是由运算放大器7f158的第1脚与该运算放大器7f158的第2脚联通，以所述的第1脚作为信号的输出点，以运算放大器7f158的第3脚作为信号的输入点。

所述电压跟随器输入信号波形为4～12.5v的直流电压，q1选用运算放大器7f158，运算放大器7f158的第8脚采用+18vdc供电。

电压跟随器输入电阻ri→∞，该电路几乎不从信号源吸取电流，输出电阻r0→0，因此，当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除负载变化对输出电压的影响，可以在电路中作为阻抗变换器或缓冲器。

本实施例选用运算放大器7f158作为电压跟随器，起到隔离保护作用，即可以将防滑控制盒与其连接的电路进行隔离，又能保证防滑控制盒信号输出点的信号没有失真。

步骤二、确定限压电路的使用要求

所述限压电路包括双向瞬态抑制二级管d1和二极管d2。

使用中，所述双向瞬态抑制二级管d1能够把运算放大器7f158的第1脚输出点电压控制在-15～15v之间；当有高于15v的尖峰电压经过时，尖峰电压与d1双向瞬态抑制二级管形成通路，能够把电压钳制到15v；当低于-15v的电压通过时，双向瞬态抑制二级管d1把电压钳制到-15v；同时二极管d2正向导通把7f158的第1脚电压锁定在-0.7v。所述限压电路将接口电路输出点的电压箝位在-0.7v～15v，防止电缆传导过来的瞬间大电压对电压跟随器造成损坏。

本实施例中：双向瞬态抑制二级管d1选用smbj15cas，二极管d2选用bz03c，将接口电路的电压箝位在-0.7v～15v，即能保证接口电路正常工作，又能满足接口电路对外信号输出的要求。

由于隔离保护电路电压跟随器输出点的电压vin范围是4～12.5v，运算放大器7f158的第8脚电源电压vcc为+18vdc，运算放大器7f158的第4脚接地；为了保证vout信号输出点的电压范围4～12.5v，又保证电压二级管箝位电压不大于18vdc。

步骤三、确定滤波电路

所述接口电路中的电阻r5和电容c1同时与负载组成低通滤波器，保证本发明不受外界高频率信号的影响，低通滤波器截止频率f由公式(1)确定。

f＝1/(2πrc)(1)

式中：

f-频率，单位hz；

r-电阻r5和负载电阻，单位为ω；

c-滤波电容，单位为f。

本实施例中，电阻r5阻值为500ω；电容c容值为0.1μf，由公式(1)得，截止频率f为3.184khz。

至此，本发明通过确定隔离保护电路、二级管参数和滤波电路完成了一种接口电路的设计过程。