靜止變換式航空地面電源PWM電壓控制器的設(shè)計

圖6PWM控制器保護(hù)電路

3PWM控制器的電路設(shè)計

3.1PWM控制信號的電路設(shè)計

四路PWM控制信號g1～g4采用全數(shù)字化電路方式，以可編程邏輯器件GAL為核心。這種芯片是一種結(jié)構(gòu)靈活、性能優(yōu)越、功能可靠的可編程邏輯器件，在功能和性能上幾乎可以取代整個74LS系列、54LS系列、74HC系列和CD4000系列的器件，而且一片GAL器件就能完成幾十片74LS等系列器件完成的邏輯功能，運行速度大大提高，同時可靠性也相應(yīng)提高。此外，GAL芯片可以反復(fù)擦除改寫，且擦除時間僅用10ms即可完成，不需采用紫外線光源，比EPROM好用許多。

圖4是單相PWM控制信號生成電路，主要是由3片GAL來組成，其中IC1，IC2均為GAL16V8，IC3為GAL20V8。若PWM變換器輸出電壓頻率為400Hz，那么要產(chǎn)生圖3的四路PWM控制信號，控制器的時鐘脈沖應(yīng)為28.8kHz。由晶體振蕩器及其外圍電路產(chǎn)生的振蕩信號頻率為1.8432MHz，經(jīng)IC1對此信號進(jìn)行64分頻，就可得到時鐘頻率，也就是PWM信號的載波頻率，IC2的輸出單元完成時序邏輯，對時鐘信號進(jìn)行72分頻編碼，產(chǎn)生信號Q0～Q6，其中Q0～Q3為時鐘的9循環(huán)計數(shù)，Q4為時鐘的18分頻，Q5和Q6分別為時鐘的36分頻和72分頻。IC3的功能是完成組合邏輯，分別對Q0～Q6進(jìn)行與或邏輯組合，便能產(chǎn)生Z1，Z2和g1～g4信號，g1～g4信號還應(yīng)與調(diào)壓信號PW及互鎖信號T1，T2及故障信號相綜合才是最終變換成控制信號G1～G4。

3.2自動調(diào)壓電路

自動調(diào)壓電路的作用就是敏感變換器輸出電壓，產(chǎn)生受其控制的定頻變寬的脈寬調(diào)制信號PW，此信號與時鐘信號同步，只是其寬度隨變換器的輸出電壓改變而變化，當(dāng)變換器供電電壓上升而使輸出電壓也相應(yīng)升高時，調(diào)壓電路就會改變PW信號占空比，從而降低變換器輸出電壓，達(dá)到自動調(diào)壓的目的。自動調(diào)壓電路包括降壓變壓器整流濾波電路，PI調(diào)節(jié)電路及調(diào)制波發(fā)生器。

圖5為調(diào)制波發(fā)生器，該電路以定時器555為核心，UI為閉環(huán)采樣電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器放大后的敏感電壓，它的大小控制著PW信號的寬度，由于555的2號管腳輸入信號是時鐘信號，所以產(chǎn)生的調(diào)制波信號是與時鐘信號同步的，只是占空比不同。UI＋ 5V時 ， VD1截 止 ， VD33導(dǎo) 通 ， 此 時 PW信 號 占 空 比 最 大 ， 調(diào) 節(jié) 電 位 計 RP8， 使 PW信 號 占 空 比 為 1， 隨 著 變 換 器 輸 出 電 壓 上 升 ， UI也 逐 漸 上 升 ， 當(dāng) UI>5V時，VD1導(dǎo)通，VD33截止，此時PW信號占空比逐漸減小，當(dāng)變換器輸出電壓穩(wěn)定在某一值時，PW信號占空比也就固定在0.7左右。若由于輸入電壓發(fā)生變化或者負(fù)載的變

化使變換器輸出電壓發(fā)生變化，偏離額定電壓，此時PW信號占空比也相應(yīng)發(fā)生變化，最終使變換器輸出電壓穩(wěn)定在額定值范圍內(nèi)，從而達(dá)到自動調(diào)節(jié)電壓的目的。此PW信號送入IG3的9號管腳，通過G3將PW信號與g1～g4相與后，就可得到受變換器輸出電壓控制的脈寬可調(diào)的PWM信號。由此可以看出，只要增加調(diào)制波發(fā)生器等調(diào)壓電路就可實現(xiàn)開關(guān)點預(yù)置且脈寬可調(diào)的PWM控制，電路簡單、可靠。

3.3保護(hù)電路

新型PWM控制器保護(hù)電路有兩種功能，一種是電流限制，另一種是故障保護(hù)。前一種是檢測出開關(guān)管電流超過其限定范圍，自動封鎖PWM控制信號，當(dāng)電流下降至允許值后，又自動解除封鎖。后一種保護(hù)電路是當(dāng)開關(guān)管發(fā)生過電流、超溫、過電壓等故障時，能立刻切除PWM控制信號，檢查電路，當(dāng)故障排除后按復(fù)位鍵，電路方能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。電路分別如圖6(a)，(b)所示。這些電路圖是某型飛機地面專用電源中PWM控制保護(hù)電路。由于此變換器采用的開關(guān)管是智能型IGBT，故利用此器件的故障輸出信號設(shè)計保護(hù)電路，如圖6(b)所示，四路故障信號線分別接入四路光耦，由于IGBT內(nèi)部帶有限流電阻，故光耦前不用加限流電阻。當(dāng)有1支IGBT因過壓，過流或超溫等而發(fā)出故障信號時，74LS74的Q端為低電平信號，給IC3發(fā)出故障信號，從而封鎖PWM信號，同時發(fā)光二極管VD亮，發(fā)出報警信號。當(dāng)故障排除后，按復(fù)位開關(guān)S2，電路恢復(fù)正常狀態(tài)，封鎖解除。圖中電容C是吸收干擾信號，防止74LS74誤觸發(fā)。

電流限制電路工作過程如下：當(dāng)流過IGBT的電流IA高于限定值時（或－IA低于負(fù)限定值），LM358輸出信號1由高電位跳變至低電位，此信號送入IC3的“1”號引腳，通過IC3與g1～g4相與，從而封鎖PWM控制信號，流經(jīng)IGBT的電流便逐漸下降，當(dāng)下降至限定值以下時，LM358又由低電位跳變?yōu)楦唠娢?，解除PWM信號封鎖，電路進(jìn)入正常狀態(tài)。

此外，此PWM控制器還具有軟起動功能和互鎖功能。用在某飛機地面電源中，效果良好，沒有出現(xiàn)過故障。

4結(jié)語

以可編程邏輯器件GAL和調(diào)制波發(fā)生器構(gòu)成的PWM控制器，使用的器件少，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，具有較強的抗干擾能力。實踐證明，采用“開關(guān)點預(yù)置可調(diào)脈寬技術(shù)”在大功率地面電源中應(yīng)用非常成功。此外，這種技術(shù)還可推廣應(yīng)用于內(nèi)、外場或?qū)嶒炇要毩㈦娫吹确矫?，為軍、民用飛機或其他工業(yè)領(lǐng)域提供性能與可靠性均高的靜止變換式地面電源。