开关电源设计.机载高频开关电源设计.doc

开关电源设计机载高频开关电源设计

机载高频开关电源产品专门用于输入交流400Hz的场合,这是特意为了满足军用雷达、航空航天、舰船、机车以及导弹发射等专门用途所设计的。应用户要求,研制出机载高频开关电源产品对电子武器装备系统的国产化,打破国际封锁,提高我军装备的机动性,高性能都有重要的意义。
机上可供选择的供电电源有两种输入方式:115V/400Hz中频交流电源和28V直流电源。两种输入方式各有优缺点,115V/400Hz电源波动小,需要器件的耐压相对较高;而28V直流电源却相反,一般不能直接提供给设备部件使用,必须将供电电源进行隔离并稳压成为需要的直流电源才能使用。机载电源的使用环境比较恶劣,必须适应宽范围温度正常工作,并能经受冲击、震动、潮湿等应力筛选试验,因此设计机载电源的可靠性给我们提出了更高的要求。下面主要介绍115V/400Hz中频交流输入方式所研制的开关电源,它的输出电压270~380Vdc可以调节,输出功率不小于3000W,环境温度可宽至-40℃~+55℃,完全适应军品级电源的需要。
系统构成及主回路设计
图1所示为整机电路原理框图。它的设计主要通过升压功率因数校正电路及DC/DC变换电路两部分完成。115Vac/400Hz中频交流电源经输入滤波,通过升压功率因数校正(PFC)电路完成功率因数校正及升压预稳、能量存储,再通过DC/DC半桥变换、高频整流滤波器、输出滤波电路以及反馈控制回路实现270~380Vdc可调节输出稳压的性能要求。
图1 整机电路原理框图
升压功率因数校正电路主要使输入功率因数满足指标要求,同时实现升压预稳功能。,又使DC/DC输入电压适当,不致使功率因数校正电路工作负担过重,因此设定在330~350Vdc。
隔离式DC/DC变换器电路拓扑结构形式主要有以下几种:正激、反激、全桥、半桥和推挽。反激和正激拓扑主要应用在中小功率电源中,不适合本电源的3000W输出功率要求。全桥拓扑虽然能输出较大的功率,但结构相对较为复杂。推挽电路结构中的开关管电压应力很高,并且在推挽和全桥拓扑中都可能出现单向偏磁饱和,使开关管损坏。而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力,而且相对较为简单,开关管数量较少且电压电流应力都比较适中,故不失为一种合理的选择。
DC/DC变换电路主要为功率变压器设计,采用IGBT/MOSFET并联组合开关技术和半桥电路平衡控制技术。经过分析计算,采用双E65磁芯,初级线圈12匝,次级绕组圈15匝。
关键技术设计
1 功率因数校正技术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正电路在开关电源中的使用越来越广泛,图2所示为升压功率因数校正和无源无耗缓冲电路。
图2 功率因数校正和新型的无源无耗缓冲电路
采用无源无耗缓冲电路,元件全部采用L、C、D等无源器件,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%。缓冲电路元件包括L1、C1、C2、D1、D2和D3。
可用UC2854A控制主开关SWB,其缓冲电路是不需控制的,并且具有电路简单的特点。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,并通过D1、D2、D3