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可自檢和自動(dòng)切換的雙路可調(diào)電源模塊

作者: 時(shí)間:2013-08-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要 介紹了適用于航空技術(shù),并具有功能、可的設(shè)計(jì)方案和其用途、工作條件。分析了電路組成、工作原理、關(guān)鍵元器件的選取及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)對(duì)外型結(jié)構(gòu)和技術(shù)難點(diǎn)上的問題給出了解決方案。實(shí)驗(yàn)證明,該產(chǎn)品應(yīng)用于飛機(jī)艙燈控制系統(tǒng),具有易散熱、方便安裝、輸出穩(wěn)定可靠,引出端子規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、通用。且電網(wǎng)濾波具有抗電磁輻射干擾,各路輸出閉環(huán)穩(wěn)壓控制,使輸出穩(wěn)定、便于使用。
關(guān)鍵詞 ;可

具有功能且可電源,用于機(jī)艙照明電源控制系統(tǒng)。兩路可調(diào)輸出電壓能完成自檢功能,當(dāng)一路出現(xiàn)故障后可切換至另一路。
(1)產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)如下:輸入電源電壓為16~40 V;輸出電壓電流為+13.1~20 V/3 A;電源調(diào)整率為≤100 mV;負(fù)載調(diào)整率為≤250 mV;輸出紋波噪聲(峰-峰值)全部額定狀態(tài)下為200 mV;輸出最大功率為≥60 W;效率為≥80%;絕緣電阻為≥20 MΩ。
(2)產(chǎn)品環(huán)境條件:主體外形尺寸為143 mm×128 mm×32 mm;外殼工作溫度范圍為-55~+85 ℃;存儲(chǔ)溫度范圍為-55~+125 ℃;全金屬殼封。
(3)其他要求:引出端采用J18BW96T型插頭,模塊電源在每路設(shè)有過、欠壓和過流保護(hù)。

1 研制過程
設(shè)計(jì)主要依據(jù)技術(shù)協(xié)議書和SJ20668—1998《微電路模塊總規(guī)范》。
1.1 電路組成及工作原理
該電源模塊的基本電路原理如圖1所示,它由兩路正激式直流變換器組成。每塊分別采用UC公司的脈寬調(diào)制器組成振蕩電路控制MOS場(chǎng)效應(yīng)管,經(jīng)變壓、整流、穩(wěn)壓、濾波、輸出,取樣反饋電路為主控的+20.4 V輸出回路,并通過D2二極管輸出。同時(shí)D2二極管輸出穩(wěn)壓跟蹤由取樣、放大和調(diào)整電路組成,分別并聯(lián)控制U101和U102的反饋端,并且電位器可調(diào)輸出(+13.1~20 V)。主控輸出的D103、V104、U105等組成欠壓關(guān)閉電路控制U102脈寬調(diào)制器的輸出,當(dāng)該回路的主控輸出出現(xiàn)故障,另一路開始輸出。D102、R123和U104組成主輸出的過壓保護(hù)電路,D202、R223和U204組成從輸出的過壓保護(hù)電路,V1、V2、D3、D4、D5和D8等組成過、欠壓故障指示??紤]到體積、效率以及干擾的影響,電路的開關(guān)工作頻率為200 kHz,電路內(nèi)各開關(guān)點(diǎn)設(shè)有RC尖峰吸收網(wǎng)絡(luò)和抗電磁干擾的電網(wǎng)濾波,各路輸出均設(shè)有過流保護(hù)和軟啟動(dòng)電路,以提高電路的可靠性。圖1為其電原理圖。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175752.htm

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1.2 關(guān)鍵元器件的選取
(1)該電路輸入電壓范圍瞬問最高達(dá)到40 V,所以要求輸入電容、供電j極管、MOS場(chǎng)效應(yīng)管耐壓較高,由此選電容耐壓≥100 V,三極管開關(guān)特性好。另外該電路開關(guān)頻率較高,故選取高壓MOS場(chǎng)效應(yīng)管作為主回路開關(guān)管。
(2)片電容均選用溫度特性穩(wěn)定的高頻電容NPO,大容量的濾波電容選用超陶(鎳電極)、獨(dú)石電容。且均為片式元件,以排除引線帶來的干擾,更好地降低輸出紋波。
(3)片電阻的選擇:該電路的大多片電阻均為高精度電阻,尤其是用以取樣比較、驅(qū)動(dòng)、防自激震蕩和釋放電阻,所以除了要考慮合理熱設(shè)計(jì)布局以外,還需考慮留有余位,便于調(diào)試修正。
(4)二極管的選擇:輸出整流開關(guān)二極管既要保證高頻特性好,又要求正向壓降低,故選擇大功率肖特基管。供電回路中穩(wěn)壓二極管選擇玻璃鈍化1 W管,高電壓開關(guān)管和分路供電二極管則選用1 N4148來保證其良好的開關(guān)特性。
1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可靠性要求
該產(chǎn)品為飛機(jī)用品,要求體積小、重量輕、散熱快。依據(jù)以上特點(diǎn),選用了合金鋁材作為殼體,且側(cè)壁厚加工成8 mm的M型鋁條,以減小熱阻。前、后面板由4個(gè)螺釘安裝在鋁條的端頭處,便于插座腳的對(duì)外引出。殼體蓋板用2 mm厚的鋁板螺釘緊固,便于模塊的安裝調(diào)試和維護(hù)拆卸,同時(shí)增強(qiáng)殼體的抗形變能力。
理論以整機(jī)的最高使用環(huán)境溫度為基準(zhǔn);電路環(huán)境為飛機(jī)座艙環(huán)境。按照《國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)可靠性Ⅲ》可靠性預(yù)計(jì)理論計(jì)算,平均故障間隔時(shí)間為5.460 6×104小時(shí)。
該產(chǎn)品經(jīng)例行試驗(yàn)(標(biāo)志耐久性、可焊性、引出端強(qiáng)度、溫度循環(huán)、穩(wěn)態(tài)濕熱、掃頻振動(dòng)、機(jī)械沖擊及穩(wěn)態(tài)壽命等試驗(yàn))全部合格,證明產(chǎn)品的可靠性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)滿足了用戶需求。

2 技術(shù)難點(diǎn)和解決措施
2.1 電路模式與集成電路的選定
該產(chǎn)品與一般的備份均流電路不同,具有自檢測(cè)切換功能。為提高產(chǎn)品效率和避免同時(shí)工作的干擾,要求主路輸出時(shí),從路不可工作。首先將各路設(shè)計(jì)為輸出分別取樣,反饋控制為+20.4 V,不能過壓;總輸出回路通過串聯(lián)U2、U3光電耦合器的取樣電路,分別并聯(lián)控制U101和U201的反饋端,總輸出取樣點(diǎn)低于各路取樣(+20.4 V),經(jīng)多次試驗(yàn)比較,選取合適的電阻電容,控制集成電路可調(diào)輸出,最初干擾較強(qiáng),尤其是紋波較大,無法穩(wěn)定輸出,若將從路完全關(guān)掉,又出現(xiàn)切換時(shí)瞬間掉電現(xiàn)象。通過調(diào)整電路組合,改變控制模式,最終選取主路欠壓切換電路控制從路待機(jī)工作,并通過精密計(jì)算和高、低溫試驗(yàn)以及電位器自身調(diào)整。經(jīng)論證和隔離要求,選定了基準(zhǔn)、光電耦合器等集成電路,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,同時(shí)使產(chǎn)品效率得到提高。

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2.2 工藝布局設(shè)計(jì)
按照熱設(shè)計(jì)的原則,要考慮分體模塊的完整,同時(shí)還應(yīng)考慮整體散熱布局和相互銜接。文中通過模擬試驗(yàn)和布局設(shè)計(jì),確定將控制部件和對(duì)熱敏感元器件安裝在遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件位置。PCB板和鋁基板整體采用平面化表面組裝設(shè)計(jì),盡量減少過長(zhǎng)走線,利用PCB的雙面布線,背面盡量不設(shè)元器件,減小模塊厚度且便于粘接、調(diào)試。功率器件采用再流焊工藝,增大散熱區(qū)域。取樣電阻盡量靠近引出端,提高輸出負(fù)載穩(wěn)定度。端口增設(shè)無感電容,減少輸出尖峰干擾。輸入口增設(shè)濾波網(wǎng)絡(luò),同時(shí)各模塊設(shè)有二次濾波,增強(qiáng)抗電磁干擾和相互輻射干擾。鋁基板調(diào)整完用硅膠表面涂敷,后用填充料固化保護(hù)。通過上述的對(duì)應(yīng)措施,使本產(chǎn)品工作更為可靠,進(jìn)一步提高了各項(xiàng)指標(biāo)。

3 結(jié)束語
該產(chǎn)品用于飛機(jī)艙燈電源控制系統(tǒng),因其獨(dú)特的專用性,無法與同類產(chǎn)品比較,但針對(duì)原分立器件組裝的大功率變換器電源,除保證原有的電性能以外,還有以下特點(diǎn):
(1)易散熱、安裝方便。專用96線多備份航空插座和防插錯(cuò)端口,使產(chǎn)品安全可靠。整體效率高。由于各路輸入、輸出分別控制,可維修性、可測(cè)試性、綜合保障性得以發(fā)揮。
(2)重量輕,機(jī)械性能可靠。由于采用全表面貼裝結(jié)構(gòu),元器件全部小型化、微型化,使之重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于分立器件,同時(shí)結(jié)構(gòu)散熱為8 mm厚鋁材,兩方向各有6個(gè)M3緊固,使抗振動(dòng)沖擊能力增強(qiáng),不會(huì)出現(xiàn)元器件引線振動(dòng)沖裂和模塊松散。
(3)輸出穩(wěn)定可靠,引出端子規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、通用。且各有電網(wǎng)濾波抗電磁輻射干擾,各路輸出閉環(huán)穩(wěn)壓控制使輸出穩(wěn)定,便于使用。
同時(shí)該產(chǎn)品的研制成功具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。且產(chǎn)品可推廣應(yīng)用至其他相關(guān)領(lǐng)域,具有一定的應(yīng)用前景。

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