機載高頻開關電源的設計與研制
機載高頻開關電源|穩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、機車以及導彈發射等專門用處所規劃的。應用戶需求,研發出機載高頻開關電源商品對電子武器配備體系的國產化,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壓變成需求的直流電源才干運用。機載電源的運用環境對比惡劣,有必要習慣寬規模溫度正常作業,并能飽嘗沖擊、轟動、濕潤等應力挑選實驗,因而規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的開關電源,它的輸出電壓270~380Vdc能夠調理,輸出功率不小于3000W,環境溫度可寬至-40℃~+55℃,徹底習慣軍等第電源的需求。
體系構成及主回路規劃
它的規劃首要經過升壓功率因數校對電路及DC/DC改換電路兩部分完結。115Vac/400Hz中頻溝通電源經輸入濾波,經過升壓功率因數校對(PFC)電路完結功率因數校對及升壓預穩、能量存儲,再經過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可調理輸出穩壓的功用需求。
升壓功率因數校對電路首要使輸入功率因數滿意目標需求,一起完成升壓預穩功用。本部分規劃統籌功率因數電路到達0.92的需求,又使DC/DC輸入電壓恰當,不致使功率因數校對電路作業負擔過重,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劃,選用IGBT/MOSFET并聯組合開關技能和半橋電路平衡操控技能。經過剖析核算,選用雙E65磁芯,初級線圈12匝,次級繞組圈15匝。
要害技能規劃
1功率因數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導通時轉移到C1中。在SWB關斷時,L1中的儲能向C2充電,并經過D1、D2、D3轉移到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中的能量結尾又回到輸出電源中,這樣確保電路真實的無損耗作業。
2 IGBT/MOSFET并聯組合開關技能
與MOSFET比較,IGBT通態電壓很低,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。
這種技能因通態損耗很低而使得DC/DC改換器的功率很高。但需作業頻率相對較低,通常挑選20~40kHz。因為半橋組合開關只需兩個開關,總的開關器材的數目少,使可靠性明顯進步。
3半橋電路平衡操控技能
經過操控和調整 IGBT/MOSFET柵驅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發生器間歇作業,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。
因為作業頻率較低,組合開關的開關損耗很小,通態損耗也很小。
4 多重環路操控電路
均勻電流形式操控體系選用PI調理器,需求斷定份額系數和零點兩個參數。調理器份額系數KP的核算原則是確保電流調理器輸出信號的上升期間斜率比鋸齒波斜率小,這樣電流環才會安穩。零點挑選在較低的頻率規模內,在開關頻率所對應的角頻率的1/10~1/20處,以取得在開環截止頻率處較足夠的相位裕量。
別的,在PI調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劃。為了確保在體系安穩性的前提下進步反應速度,規劃了以電壓環為主的多重環路操控技能。電流環呼應負載電流改變,而且有限流功用。規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中參加操控,調理器增益可經過后級帶電位器的擴大環節進行調理。這樣電源作業在高精度恒壓狀態下,輸出動態呼應,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 |