機載高頻開(kāi)關(guān)電源的設計與研制
機載高頻開(kāi)關(guān)電源|穩壓器商品專(zhuān)門(mén)用于輸入溝通400Hz的場(chǎng)合，這是特意為了滿(mǎn)意軍用雷達、航空航天、艦船、機車(chē)以及導彈發(fā)射等專(zhuān)門(mén)用處所規劃的。應用戶(hù)需求，研發(fā)出機載高頻開(kāi)關(guān)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(jìn)步我軍配備的機動(dòng)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(diǎn)，115V/400Hz電源動(dòng)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(jìn)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(huán)境對比惡劣，有必要習慣寬規模溫度正常作業(yè)，并能飽嘗沖擊、轟動(dòng)、濕潤等應力挑選實(shí)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(fā)的開(kāi)關(guān)電源，它的輸出電壓270～380Vdc能夠調理，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。
體系構成及主回路規劃
它的規劃首要經(jīng)過(guò)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(jīng)輸入濾波，經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)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(mǎn)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(yè)負擔過(guò)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(kāi)關(guān)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(mǎn)，使開(kāi)關(guān)管損壞。而半橋電路因為具有主動(dòng)抗不平衡才能，而且相對較為簡(jiǎn)略，開(kāi)關(guān)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(lián)組合開(kāi)關(guān)技能和半橋電路平衡操控技能。經(jīng)過(guò)剖析核算，選用雙E65磁芯，初級線(xiàn)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(wú)源無(wú)耗緩沖電路
具有正弦波輸入電流的單相輸入個(gè)功率因數校對電路在開(kāi)關(guān)電源中的運用越來(lái)越廣泛，圖2所示為升壓功率因數校對和無(wú)源無(wú)耗緩沖電路。
選用無(wú)源無(wú)耗緩沖電路，元件悉數選用L、C、D等無(wú)源器材，既有零電流導通特性，又有零電壓關(guān)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(kāi)關(guān)SWB，其緩沖電路是不需操控的，而且具有電路簡(jiǎn)略的特色。其原理是將二極管DB反向恢復的能量和SWB關(guān)斷時(shí)儲存在C2中的能量在SWB導通時(shí)轉移到C1中。在SWB關(guān)斷時(shí)，L1中的儲能向C2充電，并經(jīng)過(guò)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(guān)斷和零電流導通，有效地削減損耗，進(jìn)步了電路的功率和可靠性。
該電路的首要特色是：
開(kāi)關(guān)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(guān)值決議。
開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)SWB上最大電壓率由C2決議，而且關(guān)斷功耗和應力很小。
在開(kāi)關(guān)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(shí)的無(wú)損耗作業(yè)。
2 IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開(kāi)關(guān)技能
與MOSFET比較，IGBT通態(tài)電壓很低，電流在關(guān)斷時(shí)很快下降到初始值的5%，但削減到零的時(shí)刻較長(cháng)，約1～1.5μs，在硬開(kāi)關(guān)形式下會(huì )致使很大的開(kāi)關(guān)損耗。在組合開(kāi)關(guān)中，并聯(lián)MOSFET在IGBT關(guān)斷1.5μs后，拖尾電流已削減到挨近零時(shí)才關(guān)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(kāi)關(guān)只需兩個(gè)開(kāi)關(guān)，總的開(kāi)關(guān)器材的數目少，使可靠性明顯進(jìn)步。
3半橋電路平衡操控技能
經(jīng)過(guò)操控和調整 IGBT/MOSFET柵驅動(dòng)的推遲時(shí)刻可使半橋平衡，防止變壓器偏磁飽滿(mǎn)過(guò)流，焚毀開(kāi)關(guān)管。這在脈沖較廣大時(shí)，很簡(jiǎn)單完成。但當輕載或無(wú)載時(shí)，脈寬很窄(例如小于0.3μs)，此刻的IGBT/MOSFET推遲已撤銷(xiāo)。因而在窄脈寬時(shí)，為堅持其平衡，咱們選用了一個(gè)低頻振蕩器。當脈寬小于0.3μs時(shí)，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(wú)載時(shí)能正常作業(yè)。
因為作業(yè)頻率較低，組合開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)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調理器，需求斷定份額系數和零點(diǎn)兩個(gè)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(huán)才會(huì )安穩。零點(diǎn)挑選在較低的頻率規模內，在開(kāi)關(guān)頻率所對應的角頻率的1/10～1/20處，以取得在開(kāi)環(huán)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(gè)坐落開(kāi)關(guān)頻率鄰近的極點(diǎn)，用來(lái)消除開(kāi)關(guān)過(guò)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劃。為了確保在體系安穩性的前提下進(jìn)步反應速度，規劃了以電壓環(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，調理器增益可經(jīng)過(guò)后級帶電位器的擴大環(huán)節進(jìn)行調理。這樣電源作業(yè)在高精度恒壓狀態(tài)下，輸出動(dòng)態(tài)呼應，使電源在負載驟變的情況下，沒(méi)有大的輸出電壓過(guò)沖。
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