机载高频开关电源的设计与研制

机载高频开关电源|稳压器商品专门用于输入沟通400Hz的场合，这是特意为了满意军用雷达、航空航天、舰船、机车以及导弹发射等专门用处所规划的。使用户需求，研发出机载高频开关电源商品对电子武器配备体系的国产化，打破世界关闭，进步我军配备的机动性，高功用都有紧要的含义。

机上可供挑选的供电电源有两种输入办法：115V/400Hz中频沟通电源和28V直流电源。两种输入办法各有优缺点，115V/400Hz电源动摇小，需求器材的耐压相对较高;而28V直流电源却相反，通常不能笔直提供给设备部件运用，有必要将供电电源进行阻隔并稳压变成需求的直流电源才干运用。机载电源的运用环境对比恶劣，有必要习惯宽规模温度正常作业，并能饱尝冲击、轰动、湿润等应力挑选试验，因而规划机载电源的可靠性给咱们提出了更高的需求。下面首要解析115V/400Hz中频沟通输入办法所研发的开关电源，它的输出电压270～380Vdc能够调理，输出功率不小于3000W，环境温度可宽至-40℃～+55℃，彻底习惯军等第电源的需求。

体系构成及主回路规划

它的规划首要经过升压功率因数校对电路及DC/DC改换电路两部分完结。115Vac/400Hz中频沟通电源经输入滤波，经过升压功率因数校对(PFC)电路完结功率因数校对及升压预稳、能量存储，再经过DC/DC半桥改换、高频整流滤波器、输出滤波电路以及反应操控回路完成270～380Vdc可调理输出稳压的功用需求。

升压功率因数校对电路首要使输入功率因数满意目标需求，一起完成升压预稳功用。本部分规划统筹功率因数电路到达0.92的需求，又使DC/DC输入电压恰当，不致使功率因数校对电路作业负担过重，因而设定在330～350Vdc。

阻隔式DC/DC改换器电路拓扑布局方式首要有以下几种：正激、反激、全桥、半桥和推挽。反激和正激拓扑首要使用在中小功率电源中，不适合本电源的3000W输出功率需求。全桥拓扑虽然能输出较大的功率，但布局相对较为混乱。推挽电路布局中的开关管电压应力很高，而且在推挽和全桥拓扑中都能够呈现单向偏磁饱满，使开关管损坏。而半桥电路因为具有主动抗不平衡才能，而且相对较为简略，开关管数量较少且电压电流应力都对比适中，故不失为一种合理的挑选。

DC/DC改换电路首要为功率变压器规划，选用IGBT/MOSFET并联组合开关技能和半桥电路平衡操控技能。经过剖析核算，选用双E65磁芯，初级线圈12匝，次级绕组圈15匝。

要害技能规划

1功率因数校对技能和无源无耗缓冲电路

具有正弦波输入电流的单相输入个功率因数校对电路在开关电源中的运用越来越广泛，图2所示为升压功率因数校对和无源无耗缓冲电路。

选用无源无耗缓冲电路，元件悉数选用L、C、D等无源器材，既有零电流导通特性，又有零电压关断特性，比传统的有损耗的缓冲电路元件少30%。缓冲电路元件蕴含L1、C1、C2、D1、D2和D3。

可用UC2854A操控主开关SWB，其缓冲电路是不需操控的，而且具有电路简略的特色。其原理是将二极管DB反向恢复的能量和SWB关断时储存在C2中的能量在SWB导通时转移到C1中。在SWB关断时，L1中的储能向C2充电，并经过D1、D2、D3转移到CB中，一起也向CB放电，用这种电路完成了零电压关断和零电流导通，有效地削减损耗，进步了电路的功率和可靠性。

该电路的首要特色是：

开关SWB上最大电压为输出电压VL。

Boost二极管DB上最大反向电压为VL+VE，VE值由IR、L1、C1及C2的有关值决议。

开关SWB上最大电流上升率由L1和V1决议，而且导通损耗和应力很小。

开关SWB上最大电压率由C2决议，而且关断功耗和应力很小。

在开关周期中，为取得电流和电压上升率的操控而储存在L1和C2中的能量结尾又回到输出电源中，这样确保电路真切的无损耗作业。

2IGBT/MOSFET并联组合开关技能

与MOSFET比较，IGBT通态电压很低，电流在关断时很快下降到初始值的5%，但削减到零的时刻较长，约1～1.5μs，在硬开关形式下会致使很大的开关损耗。在组合开关中，并联MOSFET在IGBT关断1.5μs后，拖尾电流已削减到挨近零时才关断。

这种技能因通态损耗很低而使得DC/DC改换器的功率很高。但需作业频率相对较低，通常挑选20～40kHz。因为半桥组合开关只需两个开关，总的开关器材的数目少，使可靠性分明进步。

3半桥电路平衡操控技能

经过操控和调整IGBT/MOSFET栅驱动的推迟时刻可使半桥平衡，戒备变压器偏磁饱满过流，焚毁开关管。这在脉冲较广大时，很简单完成。但当轻载或无载时，脉宽很窄(例如小于0.3μs)，此刻的IGBT/MOSFET推迟已撤销。因而在窄脉宽时，为坚持其平衡，咱们选用了一个低频振荡器。当脉宽小于0.3μs时，振荡器起振使PWM发生器间歇作业，坚持脉宽不小于0.3μs，以保持半桥平衡，使其在无载时能正常作业。

因为作业频率较低，组合开关的开关损耗很小，通态损耗也很小。

4多重环路操控电路

平均电流形式操控体系选用PI调理器，需求断定份额系数和零点两个参数。调理器份额系数KP的核算原则是确保电流调理器输出信号的上升期间斜率比锯齿波斜率小，这样电流环才会安稳。零点挑选在较低的频率规模内，在开关频率所对应的角频率的1/10～1/20处，以取得在开环截止频率处较足够的相位裕量。

别的，在PI调理器中添加一个坐落开关频率邻近的极点，用来消除开关过程中发生的噪声对操控电路的搅扰。

操控电路的中心是电压、电流反应操控信号的规划。为了确保在体系安稳性的前提下进步反应速度，规划了以电压环为主的多重环路操控技能。电流环呼应负载电流改变，而且有限流功用。规划电路添加了对输出电感电流采样后的差分张大，隔直后加入到反应环中参加操控，调理器增益可经过后级带电位器的张大环节进行调理。这样电源作业在高精度恒压状态下，输出动态呼应，使电源在负载骤变的情况下，没有大的输出电压过冲。

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