用于輸入交流400Hz場合的機(jī)載高頻開關(guān)電源解決方案

機(jī)載高頻開關(guān)電源產(chǎn)品專門用于輸入交流400Hz的場合，這項(xiàng)產(chǎn)品主要應(yīng)用于軍用雷達(dá)、航空航天、艦船、機(jī)車以及導(dǎo)彈發(fā)射等。研制出機(jī)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(jī)動(dòng)性，高性能都有重要的意義。

機(jī)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(dòng)、潮濕等應(yīng)力篩選試驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)機(jī)載電源的可靠性給我們提出了更高的要求。

機(jī)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(diǎn)，115V/400Hz電源波動(dòng)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(jìn)行隔離并穩(wěn)壓成為需要的直流電源才能使用。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)軍品級電源的需要。

系統(tǒng)構(gòu)成及主回路設(shè)計(jì)

圖1所示為整機(jī)電路原理框圖。它的設(shè)計(jì)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(chǔ)，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(shí)現(xiàn)270～380Vdc可調(diào)節(jié)輸出穩(wěn)壓的性能要求。

圖1 整機(jī)電路原理框圖

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(shí)實(shí)現(xiàn)升壓預(yù)穩(wěn)功能。本部分設(shè)計(jì)兼顧功率因數(shù)電路達(dá)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(fù)擔(dān)過重，因此設(shè)定在330～350Vdc。

隔離式DC/DC變換器電路拓?fù)浣Y(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?fù)渲饕獞?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?fù)潆m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?fù)渲卸伎赡艹霈F(xiàn)單向偏磁飽和，使開關(guān)管損壞。而半橋電路因?yàn)榫哂凶詣?dòng)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(jì)，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(jì)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(jì)

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(gè)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。

圖2 功率因數(shù)校正和新型的無源無耗緩沖電路

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。