機(jī)載高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與研制
機(jī)載高頻開關(guān)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(dá)、航空航天、艦船、機(jī)車以及導(dǎo)彈發(fā)射等專門用處所規(guī)劃的。應(yīng)用戶需求，研發(fā)出機(jī)載高頻開關(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(jī)動(dòng)性，高功用都有重要的含義。
機(jī)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(shè)備部件運(yùn)用，有必要將供電電源進(jìn)行阻隔并穩(wěn)壓變成需求的直流電源才干運(yùn)用。機(jī)載電源的運(yùn)用環(huán)境對比惡劣，有必要習(xí)慣寬規(guī)模溫度正常作業(yè)，并能飽嘗沖擊、轟動(dòng)、濕潤等應(yīng)力挑選實(shí)驗(yàn)，因而規(guī)劃機(jī)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(guān)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(xí)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(yù)穩(wěn)、能量存儲(chǔ)，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(yīng)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(biāo)需求，一起完成升壓預(yù)穩(wěn)功用。本部分規(guī)劃統(tǒng)籌功率因數(shù)電路到達(dá)0.92的需求，又使DC/DC輸入電壓恰當(dāng)，不致使功率因數(shù)校對電路作業(yè)負(fù)擔(dān)過重，因而設(shè)定在330～350Vdc。
阻隔式DC/DC改換器電路拓?fù)洳季址绞绞滓幸韵聨追N：正激、反激、全橋、半橋和推挽。反激和正激拓?fù)涫滓獞?yīng)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?fù)潆m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(guān)管電壓應(yīng)力很高，而且在推挽和全橋拓?fù)渲卸寄軌虺尸F(xiàn)單向偏磁飽滿，使開關(guān)管損壞。而半橋電路因?yàn)榫哂兄鲃?dòng)抗不平衡才能，而且相對較為簡略，開關(guān)管數(shù)量較少且電壓電流應(yīng)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(guān)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(gè)功率因數(shù)校對電路在開關(guān)電源中的運(yùn)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(dǎo)通特性，又有零電壓關(guān)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(guān)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(fù)的能量和SWB關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)存在C2中的能量在SWB導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)移到C1中。在SWB關(guān)斷時(shí)，L1中的儲(chǔ)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(guān)斷和零電流導(dǎo)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。
開關(guān)SWB上最大電流上升率由L1和V1決議，而且導(dǎo)通損耗和應(yīng)力很小。
開關(guān)SWB上最大電壓率由C2決議，而且關(guān)斷功耗和應(yīng)力很小。
在開關(guān)周期中，為取得電流和電壓上升率的操控而儲(chǔ)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(shí)的無損耗作業(yè)。
2 IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關(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，約1～1.5μs，在硬開關(guān)形式下會(huì)致使很大的開關(guān)損耗。在組合開關(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?yàn)榘霕蚪M合開關(guān)只需兩個(gè)開關(guān)，總的開關(guān)器材的數(shù)目少，使可靠性明顯進(jìn)步。
3半橋電路平衡操控技能
經(jīng)過操控和調(diào)整 IGBT/MOSFET柵驅(qū)動(dòng)的推遲時(shí)刻可使半橋平衡，防止變壓器偏磁飽滿過流，焚毀開關(guān)管。這在脈沖較廣大時(shí)，很簡單完成。但當(dāng)輕載或無載時(shí)，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(shí)，為堅(jiān)持其平衡，咱們選用了一個(gè)低頻振蕩器。當(dāng)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(jiān)持脈寬不小于0.3μs，以保持半橋平衡，使其在無載時(shí)能正常作業(yè)。
因?yàn)樽鳂I(yè)頻率較低，組合開關(guān)的開關(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(diào)理器，需求斷定份額系數(shù)和零點(diǎn)兩個(gè)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(huì)安穩(wěn)。零點(diǎn)挑選在較低的頻率規(guī)模內(nèi)，在開關(guān)頻率所對應(yīng)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(gè)坐落開關(guān)頻率鄰近的極點(diǎn)，用來消除開關(guān)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(yīng)操控信號的規(guī)劃。為了確保在體系安穩(wěn)性的前提下進(jìn)步反應(yīng)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(yīng)負(fù)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?jǐn)U大，隔直后加入到反應(yīng)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(kuò)大環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)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(yīng)，使電源在負(fù)載驟變的情況下，沒有大的輸出電壓過沖。
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