DC2150A：满足MIL - STD - 1275D标准的浪涌抑制器电路设计

在电子设备的设计中，尤其是涉及军事车辆供电系统时，满足特定的电气标准至关重要。MIL - STD - 1275D标准对军事车辆28V电源供电的电气系统提出了严格要求，而DC2150A演示电路正是为满足这一标准而设计的。下面我们就来详细了解一下DC2150A的相关特性和设计要点。

文件下载：DC2150A-C.pdf

一、电路概述

DC2150A使用LTC4366 - 2和LT4363 - 2浪涌抑制器来满足MIL - STD - 1275D标准。该电路在面对标准中规定的严苛浪涌、尖峰和纹波条件时，能将输出电压限制在44V。在大多数情况下，只需将此电路置于一个能承受44V电压的设备前端，就能满足MIL - STD - 1275D标准。

性能参数

PARAMETER	CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
Input Supply	Operating	8	28	40	V
500ms Surge	100			V
Survival (with Optional TVS Removed)	–250		250	V
Output Regulation Voltage		41	43.6	46	V
Current Limit		4.4	5	5.6	A

从这些参数可以看出，DC2150A在输入电压范围、浪涌承受能力、输出电压调节和电流限制等方面都有明确的性能指标，为电路的稳定运行提供了保障。

二、快速启动步骤

1. 连接电源和负载：将28V电源连接到输入，在输出端连接负载。一个不错的负载选择是一个额定功率超过200W的10Ω功率电阻。如果使用香蕉插孔，则无需在炮塔处进行连接。当绿色LED亮起时，表示输出已通电。
2. 处理小负载情况：如果输出负载电流小于28mA，将跳线JP1置于1kΩ位置以预加载输出。但要注意，当输入电压为44V时，预加载电阻R34和R35可能会发热，因为它们会消耗近2W的功率。
3. 测试不同输入电压：先将输入电压降至8V，输出仍能保持通电。实际上，输出在更低电压下仍可能通电，但由于组件公差，特别是MOSFET阈值电压的影响，低于8V时无法保证正常工作。接着，将输入电压升高到50V以上，电路会检测到高输入电压并关闭输出。当输入电压恢复到28V后，经过冷却定时器周期，输出电源会自动重新开启，这可能需要30秒时间。

三、MIL - STD - 1275D要求

要深入了解MIL - STD - 1275D的具体要求，可以参考Linear Technology Journal的文章《High Voltage Surge Stoppers Ease MIL - STD - 1275D Compliance by Replacing Bulky Passive Components》以及美国国防部接口标准《MIL - STD - 1275D, Characteristics of 28 Volt DC Electrical Systems in Military Vehicles》。

四、组装选项

DC2150A有多种组装选项，不同选项在负载电流、浪涌承受能力和成本等方面有所不同。	STUFFING OPTION	MAX LOAD	MAX LOAD DURING RIPPLE	100V/50ms SURGE (FIVE REPEATS)	100V/500ms SURGE
DC2150A - A	2A	1A	Yes	No
DC2150A - B	2A	N/A	Yes	No
DC2150A - C	4A	2.8A	Yes	Yes
DC2150A - D	4A	N/A	Yes	Yes

DC2150A - C

这是默认版本，除纹波条件外，能为负载提供4A电流。在纹波条件下，可为负载提供2.8A电流长达一分钟。它能在MIL - STD - 1275D的100V/500ms最坏情况浪涌包络和重复100V/50ms推荐测试中为负载提供不间断电源。

DC2150A - A和DC2150A - B

能为负载提供至少2A电流，可承受MIL - STD - 1275D推荐测试中的100V/50ms重复浪涌，但不能保证承受MIL - STD - 1275D规格中的最坏情况500ms浪涌包络。

DC2150A - D

能为负载提供至少4A电流，可承受100V/50ms重复浪涌和100V/500ms最坏情况浪涌。

五、电路操作

100V/500ms浪涌处理

在MIL - STD - 1275D标准中，100V输入浪涌时MOSFET的功率耗散情况最为恶劣。电路通过使用两个串联的MOSFET（Q3和Q4）来调节输出电压至44V。LTC4366将第一个MOSFET（Q3）的源极调节到66V，LT4363将第二个MOSFET（Q4）的源极调节到44V，从而降低了单个MOSFET的功率耗散。

±250V尖峰和反向输入保护

250V尖峰由MOSFET Q3处理，它能承受超过300V的漏源电压，可阻挡输入的250V尖峰。在 - 250V尖峰测试中，二极管D4反向偏置，阻挡尖峰到达Q4和输出端，同时D4还提供反向极性保护。此外，输入处还设有一个可选的双向TVS（瞬态电压抑制器），其150V的击穿电压在低于100V时不影响电路运行，可根据需要移除。

±7V纹波处理

满足MIL - STD - 1275D的纹波规格需要多个组件。二极管D4与电容器C1 - C12组成交流整流器，整流信号出现在RIPCAP节点。LT4363与检测电阻R3配合，将最大电流限制在5A（典型值）。当输入纹波波形的上升沿试图以超过5A的电流拉动输出电容器时，LT4363会通过拉低Q4的栅极来暂时限制电流。为快速恢复栅极电压，由组件D5、D6、C24、C25和C26组成的小电荷泵会补充LT4363的内部电荷泵，以快速拉高MOSFET Q4的栅极。在纹波条件下，可用负载电流需降至2.8A。

热保护

通过组件R25、R26、R27、Q6 - 1、Q6 - 2、Q5 - 1和热敏电阻R29实现热保护。如果Q4的散热器温度超过105°C，Q5 - 1会拉低LT4363的UV引脚，强制关闭MOSFET Q4，以限制其最高温度。

启动模式初始接合浪涌

需要注意的是，使用指定组件时，该电路在启动模式初始接合浪涌期间仅保证最低工作电压为8V，而非MIL - STD - 1275D规定的最低6V。

六、PCB布局

DC2150A在移除可选的150V双向TVS DP1时，能承受从250V到 - 250V的输入电压。最大正输入电压受输入MOSFET的300V BVDSS额定值限制，负输入电压受串联二极管限制。RIPCAP节点上游的间距和组件封装尺寸经过选择，以支持可能出现的高电压。RIPCAP节点下游的走线和组件电压被Q1/Q3和LTC4366限制在67V以下，D1/D4可阻挡负电压到达下游走线和组件。

七、零件清单

文档中详细列出了不同组装选项所需的零件清单，包括电容器、二极管、晶体管、电阻器和集成电路等。工程师在进行电路设计和组装时，可根据具体的组装选项选择合适的零件。

八、重要注意事项

该演示板仅用于工程开发或评估目的，不用于商业用途。它可能在设计、营销和制造相关的保护考虑方面不完整，可能不符合欧盟电磁兼容性指令或其他法规。如果评估套件不符合手册中的规格，可在交付日期起30天内退还以获得全额退款。用户需承担货物正确和安全处理的所有责任，同时要注意静电放电防护。

DC2150A为满足MIL - STD - 1275D标准提供了一个有效的解决方案，通过多种组装选项和完善的电路设计，能适应不同的应用需求。但在实际应用中，工程师仍需根据具体情况进行评估和优化，以确保电路的稳定性和可靠性。大家在使用DC2150A进行设计时，有没有遇到过什么特殊的问题呢？欢迎在评论区分享。