機載高頻開關電源的設計與研制
機載高頻開關電源|穩(wěn)壓器商品專門用于輸入溝通400Hz的場合,這是特意為了滿意軍用雷達、航空航天、艦船、機車以及導彈發(fā)射等專門用處所規(guī)劃的。應用戶需求,研發(fā)出機載高頻開關電源商品對電子武器配備體系的國產(chǎn)化,打破世界封閉,進步我軍配備的機動性,高功用都有重要的含義。
機上可供挑選的供電電源有兩種輸入方法:115V/400Hz中頻溝通電源和28V直流電源。兩種輸入方法各有優(yōu)缺點,115V/400Hz電源動搖小,需求器材的耐壓相對較高;而28V直流電源卻相反,通常不能直接提供給設備部件運用,有必要將供電電源進行阻隔并穩(wěn)壓變成需求的直流電源才干運用。機載電源的運用環(huán)境對比惡劣,有必要習慣寬規(guī)模溫度正常作業(yè),并能飽嘗沖擊、轟動、濕潤等應力挑選實驗,因而規(guī)劃機載電源的可靠性給咱們提出了更高的需求。下面首要介紹115V/400Hz中頻溝通輸入方法所研發(fā)的開關電源,它的輸出電壓270~380Vdc能夠調(diào)理,輸出功率不小于3000W,環(huán)境溫度可寬至-40℃~+55℃,徹底習慣軍等第電源的需求。
體系構(gòu)成及主回路規(guī)劃
它的規(guī)劃首要經(jīng)過升壓功率因數(shù)校對電路及DC/DC改換電路兩部分完結(jié)。115Vac/400Hz中頻溝通電源經(jīng)輸入濾波,經(jīng)過升壓功率因數(shù)校對(PFC)電路完結(jié)功率因數(shù)校對及升壓預穩(wěn)、能量存儲,再經(jīng)過DC/DC半橋改換、高頻整流濾波器、輸出濾波電路以及反應操控回路完成270~380Vdc可調(diào)理輸出穩(wěn)壓的功用需求。
升壓功率因數(shù)校對電路首要使輸入功率因數(shù)滿意目標需求,一起完成升壓預穩(wěn)功用。本部分規(guī)劃統(tǒng)籌功率因數(shù)電路到達0.92的需求,又使DC/DC輸入電壓恰當,不致使功率因數(shù)校對電路作業(yè)負擔過重,因而設定在330~350Vdc。
阻隔式DC/DC改換器電路拓撲布局方式首要有以下幾種:正激、反激、全橋、半橋和推挽。反激和正激拓撲首要應用在中小功率電源中,不適合本電源的3000W輸出功率需求。全橋拓撲雖然能輸出較大的功率,但布局相對較為雜亂。推挽電路布局中的開關管電壓應力很高,而且在推挽和全橋拓撲中都能夠呈現(xiàn)單向偏磁飽滿,使開關管損壞。而半橋電路因為具有主動抗不平衡才能,而且相對較為簡略,開關管數(shù)量較少且電壓電流應力都對比適中,故不失為一種合理的挑選。
DC/DC改換電路首要為功率變壓器規(guī)劃,選用IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關技能和半橋電路平衡操控技能。經(jīng)過剖析核算,選用雙E65磁芯,初級線圈12匝,次級繞組圈15匝。
要害技能規(guī)劃
1功率因數(shù)校對技能和無源無耗緩沖電路
具有正弦波輸入電流的單相輸入個功率因數(shù)校對電路在開關電源中的運用越來越廣泛,圖2所示為升壓功率因數(shù)校對和無源無耗緩沖電路。
選用無源無耗緩沖電路,元件悉數(shù)選用L、C、D等無源器材,既有零電流導通特性,又有零電壓關斷特性,比傳統(tǒng)的有損耗的緩沖電路元件少30%。緩沖電路元件包含L1、C1、C2、D1、D2和D3。
可用UC2854A操控主開關SWB,其緩沖電路是不需操控的,而且具有電路簡略的特色。其原理是將二極管DB反向恢復的能量和SWB關斷時儲存在C2中的能量在SWB導通時轉(zhuǎn)移到C1中。在SWB關斷時,L1中的儲能向C2充電,并經(jīng)過D1、D2、D3轉(zhuǎn)移到CB中,一起也向CB放電,用這種電路完成了零電壓關斷和零電流導通,有效地削減損耗,進步了電路的功率和可靠性。
該電路的首要特色是:
開關SWB上最大電壓為輸出電壓VL。
Boost二極管DB上最大反向電壓為VL+VE,VE值由IR、L1、C1及C2的有關值決議。
開關SWB上最大電流上升率由L1和V1決議,而且導通損耗和應力很小。
開關SWB上最大電壓率由C2決議,而且關斷功耗和應力很小。
在開關周期中,為取得電流和電壓上升率的操控而儲存在L1和C2中的能量結(jié)尾又回到輸出電源中,這樣確保電路真實的無損耗作業(yè)。
2 IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關技能
與MOSFET比較,IGBT通態(tài)電壓很低,電流在關斷時很快下降到初始值的5%,但削減到零的時刻較長,約1~1.5μs,在硬開關形式下會致使很大的開關損耗。在組合開關中,并聯(lián)MOSFET在IGBT關斷1.5μs后,拖尾電流已削減到挨近零時才關斷。
這種技能因通態(tài)損耗很低而使得DC/DC改換器的功率很高。但需作業(yè)頻率相對較低,通常挑選20~40kHz。因為半橋組合開關只需兩個開關,總的開關器材的數(shù)目少,使可靠性明顯進步。
3半橋電路平衡操控技能
經(jīng)過操控和調(diào)整 IGBT/MOSFET柵驅(qū)動的推遲時刻可使半橋平衡,防止變壓器偏磁飽滿過流,焚毀開關管。這在脈沖較廣大時,很簡單完成。但當輕載或無載時,脈寬很窄(例如小于0.3μs),此刻的IGBT/MOSFET推遲已撤銷。因而在窄脈寬時,為堅持其平衡,咱們選用了一個低頻振蕩器。當脈寬小于0.3μs時,振蕩器起振使PWM發(fā)生器間歇作業(yè),堅持脈寬不小于0.3μs,以保持半橋平衡,使其在無載時能正常作業(yè)。
因為作業(yè)頻率較低,組合開關的開關損耗很小,通態(tài)損耗也很小。
4 多重環(huán)路操控電路
均勻電流形式操控體系選用PI調(diào)理器,需求斷定份額系數(shù)和零點兩個參數(shù)。調(diào)理器份額系數(shù)KP的核算原則是確保電流調(diào)理器輸出信號的上升期間斜率比鋸齒波斜率小,這樣電流環(huán)才會安穩(wěn)。零點挑選在較低的頻率規(guī)模內(nèi),在開關頻率所對應的角頻率的1/10~1/20處,以取得在開環(huán)截止頻率處較足夠的相位裕量。
別的,在PI調(diào)理器中添加一個坐落開關頻率鄰近的極點,用來消除開關過程中發(fā)生的噪聲對操控電路的攪擾。
操控電路的中心是電壓、電流反應操控信號的規(guī)劃。為了確保在體系安穩(wěn)性的前提下進步反應速度,規(guī)劃了以電壓環(huán)為主的多重環(huán)路操控技能。電流環(huán)呼應負載電流改變,而且有限流功用。規(guī)劃電路添加了對輸出電感電流采樣后的差分擴大,隔直后加入到反應環(huán)中參加操控,調(diào)理器增益可經(jīng)過后級帶電位器的擴大環(huán)節(jié)進行調(diào)理。這樣電源作業(yè)在高精度恒壓狀態(tài)下,輸出動態(tài)呼應,使電源在負載驟變的情況下,沒有大的輸出電壓過沖。
【上一個】 非穩(wěn)壓適配器的輸出電壓特性及過電壓狀況 | 【下一個】 開關電源的可靠性的設計分析 |