鉅大LARGE | 點擊量：1327次 | 2019年12月27日
機載高頻開關(guān)電源設(shè)計方案
機載高頻開關(guān)電源產(chǎn)品專門用于輸入交流400Hz的場合，這是特意為了滿足特種特種、特種航天、艦船、機車以及特種發(fā)射等專門用途所設(shè)計的。應(yīng)用戶要求，研制出機載高頻開關(guān)電源產(chǎn)品對電子武器裝備系統(tǒng)的國產(chǎn)化，打破國際封鎖，提高我軍裝備的機動性，高性能都有重要的意義。
機上可供選擇的供電電源有兩種輸入方式：115V/400Hz中頻交流電源和28V直流電源。兩種輸入方式各有優(yōu)缺點，115V/400Hz電源波動小，需要器件的耐壓相對較高；而28V直流電源卻相反，一般不能直接提供給設(shè)備部件使用，必須將供電電源進行隔離并穩(wěn)壓成為需要的直流電源才能使用。機載電源的使用環(huán)境比較惡劣，必須適應(yīng)寬范圍溫度正常工作，并能經(jīng)受沖擊、震動、潮濕等應(yīng)力篩選試驗，因此設(shè)計機載電源的可靠性給我們提出了更高的要求。下面主要介紹115V/400Hz中頻交流輸入方式所研制的開關(guān)電源，它的輸出電壓270～380Vdc可以調(diào)節(jié)，輸出功率不小于3000W，環(huán)境溫度可寬至-40℃～+55℃，完全適應(yīng)特種級電源的需要。
系統(tǒng)構(gòu)成及主回路設(shè)計
圖1所示為整機電路原理框圖。它的設(shè)計主要通過升壓功率因數(shù)校正電路及DC/DC變換電路兩部分完成。115Vac/400Hz中頻交流電源經(jīng)輸入濾波，通過升壓功率因數(shù)校正（PFC）電路完成功率因數(shù)校正及升壓預(yù)穩(wěn)、能量存儲，再通過DC/DC半橋變換、高頻整流濾波器、輸出濾波電路以及反饋控制回路實現(xiàn)270～380Vdc可調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓的性能要求。
升壓功率因數(shù)校正電路主要使輸入功率因數(shù)滿足指標(biāo)要求，同時實現(xiàn)升壓預(yù)穩(wěn)功能。本部分設(shè)計兼顧功率因數(shù)電路達到0.92的要求，又使DC/DC輸入電壓適當(dāng)，不致使功率因數(shù)校正電路工作負擔(dān)過重，因此設(shè)定在330～350Vdc。
隔離式DC/DC變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種：正激、反激、全橋、半橋和推挽。反激和正激拓撲主要應(yīng)用在中小功率電源中，不適合本電源的3000W輸出功率要求。全橋拓撲雖然能輸出較大的功率，但結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜。推挽電路結(jié)構(gòu)中的開關(guān)管電壓應(yīng)力很高，并且在推挽和全橋拓撲中都可能出現(xiàn)單向偏磁飽和，使開關(guān)管損壞。而半橋電路因為具有自動抗不平衡能力，而且相對較為簡單，開關(guān)管數(shù)量較少且電壓電流應(yīng)力都比較適中，故不失為一種合理的選擇。
DC/DC變換電路主要為功率變壓器設(shè)計，采用IGBT/MOSFET并聯(lián)組合開關(guān)技術(shù)和半橋電路平衡控制技術(shù)。經(jīng)過分析計算，采用雙E65磁芯，初級線圈12匝，次級繞組圈15匝。
關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計
1功率因數(shù)校正技術(shù)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)校正電路在開關(guān)電源中的使用越來越廣泛，圖2所示為升壓功率因數(shù)校正和無源無耗緩沖電路。
采用無源無耗緩沖電路，元件全部采用L、C、D等無源器件，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%。緩沖電路元件包括L1、C1、C2、D1、D2和D3。
可用UC2854A控制主開關(guān)SWB，其緩沖電路是不需控制的，并且具有電路簡單的特點。其原理是將二極管DB反向恢復(fù)的能量和SWB關(guān)斷時儲存在C2中的能量在SWB導(dǎo)通時轉(zhuǎn)移到C1中。在SWB關(guān)斷時，L1中的儲能向C2充電，并通過D1、D2、D3轉(zhuǎn)移到CB中，同時也向CB放電，用這種電路實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷和零電流導(dǎo)通，有效地減少損耗，提高了電路的效率和可靠性。
該電路的主要特點是：
●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的相關(guān)值決定。
●開關(guān)SWB上最大電流上升率由L1和V1決定，并且導(dǎo)通損耗和應(yīng)力很小。
●開關(guān)SWB上最大電壓率由C2決定，并且關(guān)斷功耗和應(yīng)力很小。
●在開關(guān)周期中，為獲得電流和電壓上升率的控制而儲存在L1和C2中的能量最終又回到輸出電源中，這樣確保電路真正的無損耗工作。
