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        一種多路輸出軍用車載電源的設(shè)計(jì)

        作者: 時(shí)間:2011-03-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        1 引言

        本文引用地址:http://www.antipu.com.cn/article/197488.htm

        本文提到的是一種輸入輸出均為低壓大電流的雙路DC/DC開關(guān)電源。輸入電壓9~15V,輸出電壓2路:一路24V;一路5V。24V輸出又同時(shí)供給三路負(fù)載;輸入電壓又直接供給兩路負(fù)載,如圖1所示。

        圖1 電路框圖

        考慮到輸出獨(dú)立保護(hù)的要求,本電源采用了兩路獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu),24V輸出功率較大采用Forward,5V輸出功率較小采用Flyback。

        下面就電路中一些特殊的設(shè)計(jì)做一些介紹。

        2 散熱器設(shè)計(jì)

        散熱方式是電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)中首先需要考慮的部分,因?yàn)椋P(guān)系著電路設(shè)計(jì)中元器件的選取,PCB的設(shè)計(jì)等一系列問題。通常的電源產(chǎn)品都采用風(fēng)扇冷卻,這樣可以達(dá)到比較好的散熱效果。

        本文提到的,由于長期工作在震動(dòng)和沖擊的環(huán)境下,采用風(fēng)扇冷卻會(huì)影響電源系統(tǒng)的可靠性,因此,采用自然冷卻的散熱結(jié)構(gòu)。整個(gè)裝置的散熱器結(jié)構(gòu)安排如圖2所示。功率半導(dǎo)體器件放在PCB板的背面并緊貼底板,直接通過底板散熱,底板采用厚鋁材料,整個(gè)裝置安裝在大鐵板上(裝甲車)。裝置的兩側(cè)用帶翼的散熱片,兼起支撐作用。這樣整個(gè)散熱器的安排不但能達(dá)到比較好的散熱效果,還可以充分利用PCB板的空間,一定程度上減少了整個(gè)裝置的體積。

        圖2 散熱器結(jié)構(gòu)

        3 三重過流保護(hù)

        由于是,對(duì)裝置的穩(wěn)定性和可靠性要求非常高,所以,采用了三重過流保護(hù),即微秒級(jí)保護(hù)、毫秒級(jí)保護(hù)及秒級(jí)保護(hù)。

        3.1 微秒級(jí)保護(hù)

        微秒級(jí)保護(hù)是指電源出現(xiàn)輸出過流或者短路時(shí),在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)就能進(jìn)行保護(hù)。因?yàn)?,通常開關(guān)周期都是設(shè)計(jì)為微秒級(jí),所以,稱此保護(hù)為微秒級(jí)保護(hù)。具體的實(shí)施方法如圖3所示,峰值電流控制信號(hào)連到PWM芯片L5991[1]的腳ISE,當(dāng)腳ISE的電壓大于1V時(shí),L5991輸出就為低電平,從而關(guān)斷開關(guān)管。此保護(hù)在每個(gè)開關(guān)周期進(jìn)行判斷,因此,反應(yīng)速度比較快,用以保護(hù)瞬間的過流。

        圖3 電流峰值保護(hù)及恒流保護(hù)電路

        3.2 毫秒級(jí)保護(hù)

        毫秒級(jí)保護(hù)是指PI環(huán)的恒流保護(hù),它的保護(hù)時(shí)間一般在幾十到幾百個(gè)開關(guān)周期,這里就稱它為毫秒級(jí)保護(hù)。由于取樣電流峰值保護(hù)是單周保護(hù),穩(wěn)定性不是很好,只能對(duì)過渡過程的過流進(jìn)行有效的保護(hù)。因此,針對(duì)較長時(shí)間的短路或過流,在這里采用PI環(huán)的恒流保護(hù)還是很有必要的。圖3虛線框內(nèi)為恒流保護(hù)電路,它利用峰值電流控制中的電流信號(hào)作為輸入信號(hào),通過一個(gè)由D1R1,C1組成的峰值保持電路和由運(yùn)放組成的PI環(huán)節(jié)得到一個(gè)誤差信號(hào),在變換器的輸出電流超過限定值的時(shí)候,該誤差信號(hào)就會(huì)控制PWM芯片的占空比,從而使輸出電流保持在限定值。由于D2存在,當(dāng)輸出電流低于限流值時(shí),該部分電路對(duì)占空比的控制不起作用。

        3.3 秒級(jí)保護(hù)

        秒級(jí)保護(hù)是指電路中的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲保護(hù)(自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的保護(hù)時(shí)間在幾秒以上),如圖1所示。當(dāng)電路處于上述的恒流保護(hù),如果時(shí)間過長會(huì)使裝置過熱,若按照過流保護(hù)來做熱設(shè)計(jì)會(huì)增加裝置的成本。因此,對(duì)于長時(shí)間(幾秒以上)的短路或過流,需要用保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)。本裝置中采用的是自恢復(fù)保險(xiǎn)絲,當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時(shí),自恢復(fù)保險(xiǎn)絲也能恢復(fù)到正常導(dǎo)通狀態(tài)。采用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的另外一個(gè)原因是裝置要求的每路負(fù)載獨(dú)立保護(hù),當(dāng)一路過流保護(hù)時(shí),該路的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲斷開,其他幾路還能正常工作。5V那一路沒加自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是考慮到它本身就只有一路負(fù)載,可以通過微秒級(jí)和毫秒級(jí)實(shí)現(xiàn)保護(hù),另外由于5V輸出電壓比較小,加上自恢復(fù)保險(xiǎn)絲會(huì)影響其輸出調(diào)整率。

        4 RCD/RC雙重吸收

        反激變換器由于變壓器漏感的存在,當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),開關(guān)管的D-S兩端會(huì)產(chǎn)生比較高的電壓尖峰。這個(gè)電壓尖峰增大了開關(guān)管的電壓應(yīng)力,同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生電磁干擾,因此,必須采用吸收電路加以抑制。RCD吸收電路由于簡潔且易實(shí)現(xiàn),在小功率場合是比較常用的。RCD吸收反激變換器如圖4所示。從圖6中可以看到,加RCD吸收電路以后,開關(guān)管D-S兩端的電壓尖峰大大地減少了,但是,同時(shí)也產(chǎn)生了新的更高頻率的振蕩,究其原因是變壓器原邊漏感與二極管的結(jié)電容諧振引起的。從電磁兼容考慮該振蕩必須加以抑制。改變R,C,D的參數(shù)對(duì)新的振蕩的影響并不大,因此,需要附加其它電路來抑制,在開關(guān)管D-S兩端加上RC吸收電路在實(shí)驗(yàn)中取得了比較理想的效果。圖5即為RCD/RC雙重吸收電路,圖7所示的是RCD吸收反激變換器和RCD/RC雙重吸收反激變換器開關(guān)管Vds的實(shí)驗(yàn)波形。

        圖4 RCD吸收電路

        圖 5RCD/RC雙重吸收電路


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        關(guān)鍵詞: 多路輸出 車載電源 軍用

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