軍用混合集成DC/DC變換器

1引言
   
　　隨著航天航空等電子工程系統小型化技術的發(fā)展，整機電源供電系統開始采用由混合集成DC/DC電源變換器構成的分布式供電設計方案，取代傳統的由分立元器件組成的電源集中供電方式。軍用混合集成DC/DC電源變換器以其體積小、重量輕、功率密度高、效率高、可靠性高等特點，被廣泛用于軍事電子控制系統。雙路輸出是DC/DC電源變換器常有的輸出形式，通常，其輸出有主副路之分，對雙路輸出的每路1有一定的要求，諸如雙路輸出負載平衡或副路加載時主路不能空載等要求，即存在所謂的交叉調整率問題，使雙路輸出DC/DC變換器的使用受到限制。而在一些特定的場合，要求DC/DC變換器雙路輸出沒有主副路之分，相互獨立輸出。本文主要介紹低紋波雙路輸出DC/DC電源變換器的設計思想、實現方法及研究結果。
2方案設計
   
　　根據雙路獨立輸出的特殊要求，經過對雙路輸出DC/DC變換器拓撲進行深入分析研究，確定實現雙路獨立輸出DC/DC變換器的電路方案。實現雙路輸出DC/DC變換器有以下4種電路方案，它們的電原理框圖分別如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1     方案1的電原理框圖　

圖2     方案2的電原理框圖

圖3      方案3的電原理框圖

圖4     方案4的電原理框圖

    方案1是1路輸出采用反饋實現穩(wěn)壓，另1路采用后穩(wěn)壓的電路拓撲結構；方案2是兩路輸出均采用后穩(wěn)壓的電路拓撲結構；方案3是兩路輸出的差值采樣，經光耦隔離反饋，實現兩路輸出穩(wěn)壓的電路拓撲結構；方案4是兩路輸出的差值采樣，經變壓器隔離反饋，實現兩路輸出穩(wěn)壓的電路拓撲結構。{{分頁}}
   
　　這4種方案的高頻變壓器輸入側部分電路形式基本相同，所不同的是輸出反饋方式和路徑。表1為4種方案的特點對比，從中可知方案2具有雙路獨立輸出、交叉調整率為零的特點。

表1     4種方案的特點對比

3電路設計

3.1方案2的設計特點

    方案2采用UC1825A雙端輸出PWM控制電路，功率開關采用雙端推挽結構，輸入濾波采用π型濾波器，啟動電路采用串聯線性穩(wěn)壓電路向UC1825A供電。在高頻變壓器輸入側把高頻變壓器的1路輸出繞組整流濾波作為輔助電源，切換啟動電路向UC1825A供電，輔助電源同時作為預穩(wěn)壓電路反饋到UC1825A控制電路的誤差電壓控制端，控制UC1825A的輸出脈沖寬度，構成UC1825A、功率開關、高頻變壓器、輔助電源及預穩(wěn)壓電路的閉環(huán)控制回路，實現輔助電源的穩(wěn)壓控制，從而實現輸入電壓Vi變化時正負雙路輸出的預穩(wěn)壓控制。正負兩路輸出均采用全波整流、兩級LC濾波，并分別采用1個串聯線性穩(wěn)壓器，實現負載變化時低紋波輸出電壓的穩(wěn)壓控制。
   
　　方案2是自主設計開發(fā)的，國內外目前尚未見到此種DC/DC變換器設計方案的報道。

3.2控制回路設計

    在高頻變壓器輸入側增設1個次級繞組，該次級繞組電壓經整流濾波后，取樣反饋到UC1825A控制電路誤差放大器的反相輸入端，構成閉環(huán)控制回路，使輸入電壓變化時該次級繞組電壓穩(wěn)定不變。

    閉環(huán)控制回路的穩(wěn)定性是整個DC/DC變換器系統正常工作必不可少的條件。由于存在濾波電感、電容相移環(huán)節(jié)，經過取樣、放大、比較、脈寬調制后，就會在某個頻率上滿足回路增益A>1、正反饋的條件，造成閉環(huán)回路的不穩(wěn)定。因此必須加入適當的校正環(huán)節(jié)，使閉環(huán)回路穩(wěn)定工作。圖5為在誤差放大器的輸入端加入校正網絡，在誤差放大器輸入、輸出之間加入校正網絡構成比例積分有源校正電路的等效閉環(huán)回路。

圖5    等效閉環(huán)控制回路

    圖6為閉環(huán)回路的幅頻、相頻特性示意圖。由此圖可知，在低頻段，環(huán)路增益較高，有利于降低穩(wěn)態(tài)誤差，在高頻段，環(huán)路增益降低，回路有充分的相位余量，有利于閉環(huán)回路穩(wěn)定工作。閉環(huán)回路的相位余量為100