基于工控機(jī)的導(dǎo)彈綜合測(cè)試系統(tǒng)的程控電源設(shè)計(jì)

1導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)電源需求分析

程控電源是導(dǎo)彈綜合測(cè)試系統(tǒng)的其中一個(gè)組合，用于提供測(cè)試導(dǎo)彈所需的各種直流穩(wěn)壓電源，此外還具有輸出電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、過壓、過流自動(dòng)保護(hù)等功能。該組合由插在標(biāo)準(zhǔn)100母線板上的八塊線路板組成，其中包括-40V/-43V電源板、+24V連續(xù)可調(diào)電源板、+20V/+22V電源板、-20V電源板、+5V/-80V電源板、電源檢測(cè)與切換板、前轉(zhuǎn)接板及后轉(zhuǎn)接板組成。

程控電源原理框圖如圖1所示，工控機(jī)通過PCL812PG數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字I/O通道切換電源的輸出電壓，利用D/A輸出調(diào)節(jié)PWM的比較電壓以控制輸出電壓的連續(xù)變化，通過A/D通道實(shí)時(shí)監(jiān)視電源的輸出。

2電源主體設(shè)計(jì)

+20V/+22V電源原理如圖2所示。

(1)輸入電路220V/50Hz的市電經(jīng)變壓器后輸入30V交流，再經(jīng)全波整流和電解電容E2、E3濾波后送入開關(guān)電路。E2、E3取2200μF，其并聯(lián)使用降低了濾波電容的ESR值。

(2)開關(guān)電路電路設(shè)計(jì)中采用串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源，脈沖寬度調(diào)制器為SG3524，功率開關(guān)器件為2N6277，電路設(shè)有過壓過流保護(hù)電路，當(dāng)電源輸出過壓、過流時(shí)，自動(dòng)切斷電路的直流輸入，從而達(dá)到保護(hù)電路的目的。開關(guān)電路的工作頻率為：

f=1/C9·R17=1/(0.01×10-6×5.1×103)≈20kHz

(3)輸出電路由電感L1和電解電容E5、E8組成濾波電路，R5為模擬負(fù)載。輸出濾波電容的選擇十分重要，為了滿足最小輸出紋波和輸出電流要求，電容的ESRmax=ΔVout/ΔIout，ΔVout為紋波幅度，ΔIout為電流設(shè)計(jì)要求的1/4，為此，E8選用CD28型四端電容，可以滿足5A電流輸出，紋波小于10mV的設(shè)計(jì)要求。

3電源切換電路

圖1程控電源原理框圖

程控電源在工控機(jī)的控制下，依據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同，切換和產(chǎn)生被測(cè)對(duì)象所需的電源電壓，并能通過工控機(jī)對(duì)程控電源組合進(jìn)行自檢和監(jiān)測(cè)。

由于+20V/+22V二種電源相差較小，所以利用同一電源主體電路，通過切換不同的基準(zhǔn)電壓改變電源的輸出。電路還通過工控機(jī)控制碼P2改變電源的比較基準(zhǔn)電壓，達(dá)到同一個(gè)電路輸出兩個(gè)不同電壓(+20V和+22V)的目的。控制碼P0用以控制調(diào)寬脈沖的輸出，從而控制開關(guān)穩(wěn)壓電源是否工作。當(dāng)P2為高電平時(shí)，OC2不導(dǎo)通，將W4調(diào)整到1.76kΩ，輸出電

圖2+20V/+22V開關(guān)電源原理圖

圖3+24V計(jì)算機(jī)控制電路原理圖

壓Vout==22V;當(dāng)P2為低電平時(shí)，OC2導(dǎo)通，W3、R23與R21、R20并聯(lián)，計(jì)算可得W3+R23=2.4×(R21+R20)=17.52k，將W3調(diào)整到3.5kΩ左右即可得到輸出電壓為20V。

4程控連續(xù)可調(diào)電源電壓控制

測(cè)試系統(tǒng)中需要由24V到0V連續(xù)可調(diào)的電源，控制電路如圖3所示，電源主體同圖2，為了得到計(jì)算機(jī)控制的連續(xù)可調(diào)電壓輸出，工控機(jī)中安裝了PCL812PG卡，提供16路數(shù)字輸入、16路數(shù)字輸出、16路A/D、2路D/A，將D/A輸出接到圖3的D/A控制端，D/A輸出電壓范圍為0～5V，當(dāng)D/A輸出為0V時(shí)，電源輸出也為0V;當(dāng)D/A輸出為5V時(shí)，電源輸出Vout=5×R20/(R21+R20)×(R3+R4)/R4=27.3V，輸出電壓范圍滿足設(shè)計(jì)要求。

測(cè)試時(shí)，工控機(jī)首先控制D/A輸出5V電壓(對(duì)于12位的PCL812PG卡D/A通道寄存器賦值為4095)，測(cè)試導(dǎo)彈參數(shù)是否合格，如不合格則控制D/A通道輸出下降12mV，對(duì)應(yīng)電源輸出下降97mV，小于0.1V，滿足測(cè)試要求。

5結(jié)語

程控電源是測(cè)控系統(tǒng)的基本組成部分之一，上述電源電路已在多個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中得到以下經(jīng)驗(yàn)：

(1)選用正向?qū)妷旱?、反向恢?fù)時(shí)間快的肖特基二極管MBR20100作續(xù)流二極管，提高了電源的效率。實(shí)際測(cè)試比采用快速恢復(fù)二極管提高效率達(dá)10%以上;

(2)在儲(chǔ)能電感線圈的磁芯上再繞一個(gè)附加線圈，使開關(guān)器件的飽合壓降明顯減小，從而使導(dǎo)通損耗減小，效率提高。試驗(yàn)表明效率可提高3%～5%;

(3)電源檢測(cè)電路采用高精密電阻，提高了工控機(jī)檢測(cè)電壓的準(zhǔn)確性。