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混合集成DC/DC电源变换器设计

电源技术 | 发布时间:2017-07-02 | 人气: | #评论# |本文关键字:电源,变换器
摘要:随着电子电气技术的发展,电源也越来越集成化,整机电源供电系统开始采用由混合集成DC/DC电源变换器构成的分布式供电设计方案,取代传统的由分立元器件组成的电源集中供电方式。

1引言

随着电子电气技术的发展,电源也越来越集成化,整机电源供电系统开始采用由混合集成DC/DC电源变换器构成的分布式供电设计方案,取代传统的由分立元器件组成的电源集中供电方式。混合集成DC/DC电源变换器以其体积小、重量轻、功率密度高、效率高、可靠性高等特点,被广泛用于军事电子控制系统。双路输出是DC/DC电源变换器常有的输出形式,通常,其输出有主副路之分,对双路输出的每路1有一定的要求,诸如双路输出负载平衡或副路加载时主路不能空载等要求,即存在所谓的交叉调整率问题,使双路输出DC/DC变换器的使用受到限制。而在一些特定的场合,要求DC/DC变换器双路输出没有主副路之分,相互独立输出。本文主要介绍低纹波双路输出DC/DC电源变换器的设计思想、实现方法及研究结果。

2方案设计

根据双路独立输出的特殊要求,经过对双路输出DC/DC变换器拓扑进行深入分析研究,确定实现双路独立输出DC/DC变换器的电路方案。实现双路输出DC/DC变换器有以下4种电路方案,它们的电原理框图分别如图1、图2、图3、图4所示。

 

 

图1 方案1的电原理框图

 

 

图2 方案2的电原理框图

 

 

图3 方案3的电原理框图

 

 

图4 方案4的电原理框图

方案1是1路输出采用反馈实现稳压,另1路采用后稳压的电路拓扑结构;方案2是两路输出均采用后稳压的电路拓扑结构;方案3是两路输出的差值采样,经光耦隔离反馈,实现两路输出稳压的电路拓扑结构;方案4是两路输出的差值采样,经变压器隔离反馈,实现两路输出稳压的电路拓扑结构。

这4种方案的高频变压器输入侧部分电路形式基本相同,所不同的是输出反馈方式和路径。表1为4种方案的特点对比,从中可知方案2具有双路独立输出、交叉调整率为零的特点。

 

 

表1 4种方案的特点对比

3电路设计

3.1方案2的设计特点

方案2采用UC1825A双端输出PWM控制电路,功率开关采用双端推挽结构,输入滤波采用π型滤波器,启动电路采用串联线性稳压电路向UC1825A供电。在高频变压器输入侧把高频变压器的1路输出绕组整流滤波作为辅助电源,切换启动电路向UC1825A供电,辅助电源同时作为预稳压电路反馈到UC1825A控制电路的误差电压控制端,控制UC1825A的输出脉冲宽度,构成UC1825A、功率开关、高频变压器、辅助电源及预稳压电路的闭环控制回路,实现辅助电源的稳压控制,从而实现输入电压Vi变化时正负双路输出的预稳压控制。正负两路输出均采用全波整流、两级LC滤波,并分别采用1个串联线性稳压器,实现负载变化时低纹波输出电压的稳压控制。

方案2是自主设计开发的,国内外目前尚未见到此种DC/DC变换器设计方案的报道。

3.2 控制回路设计

在高频变压器输入侧增设1个次级绕组,该次级绕组电压经整流滤波后,取样反馈到UC1825A控制电路误差放大器的反相输入端,构成闭环控制回路,使输入电压变化时该次级绕组电压稳定不变。

闭环控制回路的稳定性是整个DC/DC变换器系统正常工作必不可少的条件。由于存在滤波电感、电容相移环节,经过取样、放大、比较、脉宽调制后,就会在某个频率上满足回路增益A>1、正反馈的条件,造成闭环回路的不稳定。因此必须加入适当的校正环节,使闭环回路稳定工作。图5为在误差放大器的输入端加入校正网络,在误差放大器输入、输出之间加入校正网络构成比例积分有源校正电路的等效闭环回路。

 

 

图5 等效闭环控制回路

图6为闭环回路的幅频、相频特性示意图。由此图可知,在低频段,环路增益较高,有利于降低稳态误差,在高频段,环路增益降低,回路有充分的相位余量,有利于闭环回路稳定工作。闭环回路的相位余量为100°,因此闭环回路工作是非常稳定的。

责任编辑:电气自动化网

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