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模塊電源在高壓電源中的應用研究

時間2018-10-7 12:42:50 點擊量:

雷達發射機對其高壓電源的穩定性有較高要求,在設計高壓電源時通常需要從普通供電系統經過兩級或多級穩壓以達到輸出要求,而且還需要考慮電源隔離、體積、散熱、可靠性等問題。

模塊電源具有比分立元件電源靈活、高效、可靠等明顯優勢,采用模塊電源可以設計出有效的高壓電源的第一級穩壓,同時兼顧電源隔離、體積、散熱、可靠性等要求,縮短開發或更改設計所花費的時間,節省人力及技術成本。這樣可以將設計關注于高壓電源的主電路,提高設計效率。

 

1 模塊電源的特點分析

1.1 模塊電源的優點

模塊電源具有如下優點:

(1)品種多樣有AC/DC、DC/DC、EMI模塊等等。

(2)設計簡單 電源模塊只需配上少量分立元件.即可獲得電源。模塊電源一般配備標準化前端、高集成電源模塊和其他元件,因此使設計應用大為簡化。

(3)縮短開發周期模塊電源一般備有多種輸人、輸出選擇。用戶也可以重復迭加或交叉迭加,構成積木式組合電源,實現多路輸人、輸出,大大減少開發時間。某些模塊電源如有特殊需要還可以協議訂貨。

(4)變更靈活產品設計如需更改,只需轉換或并聯另一合適電源模塊即可。

(5)散熱方便模塊電源外殼有集熱器、散熱器和外殼三位一體的結構形式。實現了模塊電源的傳導冷卻方式。使電源的溫度值趨近于最小值。而且模塊電源外觀較為美觀。

(6)質優可靠模塊電源一般均采用全自動化生產,并配以高科技生產技術,因此品質穩定、可靠。

1.2 模塊電源的缺點

模塊電源具有如下缺點:

(1)模塊電源通用化設計,在某些空間小散熱不便的特殊場合,需要的高功率密度的模塊電源型號少,較難選型。

(2)模塊電源價格較高,并占用一定空間和重量。所以設計時,模塊電源供電滿足使用即可,模塊個數不宜過多,以減少空間和重量開支。

1.3 模塊電源在高壓電源中的適用范圍

高壓電路的主電路是控制電路和高壓生成電路。其中交流供電輸入和所需低壓直流控制電源.以及濾波或功率因數補償等等部分均可使用模塊電源。

 

2 高壓電源對模塊電源的使用要求

電真空器件雷達發射機的高壓電源需要專門設計,對其高壓電源的穩定性有較高要求。在設計高壓電源時通常需要從普通供電系統經過兩級或多級穩壓以達到輸出要求。而且還需要考慮電源隔離、體積、散熱、可靠性等問題。

高壓電源使用模塊電源的范圍是:濾波功率變換電路,控制部分(低壓),高壓部分一般不使用市售高壓模塊電源,而要根據發射機使用參數要求專門設計。某型高壓電源的構成框圖如圖1所示。

 

2.1 供電輸入和控制電路分析

高壓電源的供電輸入由兩部分組成,一部分是交流供電,通常由車載或機載發電機產生。通常為400 Hz或5O Hz,電壓選115 V或220 V左右,中小功率高壓電源選單相供電,大功率高壓電源選三相供電。另一部分是低壓直流供電,主要供高壓電源的控制部分使用,如±5 V、±15 V、±27 V等等.一般電流較小,功率不高。

在實際的系統中,高壓電源從系統獲得供電,交流供電提供功率來源,低壓直流供電提供控制使用。而系統為接地安全起見,通常將數字地、模擬地、線纜屏蔽層和機殼大地相連,甚至有些低壓直流供電的回線與屏蔽層或大地直接相連。高壓電源的PWM控制部分要與高壓反饋電壓作比較,所需低壓直流供電常常需要單獨供電,為隔離起見其回線不能接地。這樣,系統低壓直流供電在這種情況下不能滿足要求,高壓電源無法使用系統的該路供電,而必須在高壓電源內使用適當DC/DC模塊電源生成所需的隔離低壓直流供電電源。

2.2 濾波和功率變換電路分析

高壓電源的穩定性有較高要求,而且輸出常常為多路電源,往往一級穩壓無法很好滿足高壓電源的穩定性要求。

在功率變換時需要將直流電逆變為高頻的交流電送往高壓變壓器。在對交流輸入整流濾波后使用穩壓模塊電源提供DC/DC變換,成為第一級穩壓,然后再逆變為高頻的交流電送往高壓變壓器進行升壓和穩壓,即第二級穩壓。這樣,從普通供電系統經過兩級或多級穩壓以達到輸出要求。

此外,對交流輸人的整流濾波也可選用適當AC/DC模塊電源、濾波或功率因數補償模塊等等。

2.3 使用要求

發射機高壓電源所采用的模塊電源必須達到國軍標要求。

模塊電源在外形結構上必須滿足高壓電源安裝、體積、散熱和重量等相應的要求,能夠經受系統嚴格的環境應力試驗。

 

3 模塊電源的應用

3.1 輸出電壓的調節

對有TRIM或ADJ(可調節1輸出引腳的模塊電源,可通過電阻或電位器對輸出電壓進行一定范圍內的調節,調節范圍一般為±10%。

對TRIM輸出引腳,將電位器的中心與TRIM相連,在所有+S、-S管腳的模塊中,其他兩端分別接+S、-S。沒有+S、-S時,將兩端分別接到相應主路的輸出正負極(+S接+ ,-S接-UIN),然后調節電位器即可。電位器的阻值一般選用5~10 kΩ比較合適。

對ADJ輸出引腳.分為輸入邊調節與輸出邊節。輸出邊調節與TRIM引腳的調節方式一樣。輸入邊調節只能上調輸出電壓.此時將電位器的其中一端與中心相接,另一端接輸入端的地。

3.2 輸入電壓的調節

一般模塊電源都有內置濾波器,能滿足一般電源應用的要求。如果需要更高要求的電源系統,應增加輸入濾波網絡。可以采用LC或Ⅱ型網絡,但應注意盡量選擇較小的電感和較大的電容。

為了防止輸人電源瞬態高壓損壞模塊電源,建議用戶在輸人端接瞬態吸收二極管并配合保險絲使用.以確保模塊在安全的輸入電壓范圍之內。為了降低共模噪聲,可以增加電容,一般選擇幾nF的高頻電容。

3.3 開/關電路

模塊電源的開關操作,是通過REM端進行的。一般控制方式有兩種。

(1)REM與-UIN(參考地)相連,關斷,要求UREF<0.4 V。REM懸空或與+UIN相連,模塊工作,要求UREM>1 V。

(2)REM與UIN相連,關斷,要求UREM<0.4 V。REM與+UIN相連,模塊工作,要求UREM>l V。REM懸空,關斷,即所謂“懸空關斷”(-R)。

如果控制要與輸入端隔離.則可以使用光電耦合器作為傳遞控制信號。

3.4 模塊電源的組合

(1)并聯擴容將相同模塊輸出端并聯,可使輸出能力增強。但并聯模塊的輸出電壓要調整得比較一致,以保證相對均流,同時避免不必要的振蕩。對有較大電流輸出的模塊.還可以仔細設計引線電阻,以達到均流效果。用這種方法并聯的模塊,不宜超過2個。同時,如果其中一塊模塊輸出有故障,整個系統都將不能正常工作。

(2)冗余熱備份并聯將相同的模塊輸出端通過二極管后并聯可使輸出能力增強,以提高電源系統的可靠性。原則上如果配合相應輸出報警電路。將模塊放在可以拆卸的母線上。這樣,出現故障的模塊可以及時更換。用這種方法并聯的模塊,沒有量限制。

(3)串聯擴容將相同模塊輸出端串聯,可使輸出電壓倍增,功率也相應增加.而串聯輸出端須接二極管以進行保護。

 

4 模塊電源的安裝和維護

由于模塊電源的類別、系列、規格品種很多,故其功能特性和物理特性不盡相同。因此在安裝、使用與維護方面也有不同。

需要在注意以下幾方面。

(1)包裝啟封后,應核對各接線端子標識是否與隨機所帶的說明書相符.同時是否與訂貨合同約定的要求相符。如有不符,應立即與購貨單位聯系,商討處理辦法。

(2)在安裝的第一步,必須將模塊電源的金屬外殼可靠接地,以確保安全,但不可誤將外殼接在零線上。

(3)在安裝完畢通電之前,應再次核對各接線端子上的連線,確保輸入和輸出、交流和直流、單相和多相、正極和負極、電壓值和電流值等參數正確無誤,杜絕接反、接錯現象。

(4)對于大功率電源,一般有兩個或兩個以上的“+”和“-”輸出端子。實際上,這是為了使用戶接線方便,它們內部是并接在一起,同屬于一個輸出電極。

(5)模塊電源不允許長期處于滿負荷工作狀態。線性電源的使用率,應控制在60%以內;開關電源的使用率.應控制在80%以內.否則有可能造成模塊電源人為的早期失效。

(6)對于某些模塊電源,廠家出廠時在于可調端子(ADJ)間接有固定電阻。使用時須用戶自配相應阻值的電位器,以取代該固定電阻。但要注意,當可調端子間處于開路狀態時,決不允許加載。

(7)為了充分散熱,模塊電源宜安裝在空氣對流較好的位置。需用散熱器的模塊電源,其背板必須均勻涂抹導熱硅脂,并和散熱器緊密貼合,并加以緊固。一般要求線性電源工作電流在4 A以上,或開關電源工作電流在7 A以上時.應加裝強制風冷。此外,在模塊電源外殼上不允許放置其他物品。

(8)模塊電源一般適用于以阻性為主的負載,若需要應用在以容性為主或感性為主的負載時.應事先協議訂貨。

(9)發射機高壓電源通常不采用市售高壓模塊電源,而專門設計高壓電路。若使用高壓模塊電源,在使用過程及停電后10 min之內,均不可觸及高壓危險區。

(10)模塊電源選型原則:一般功率較大的宜選擇開關電源,功率較小的選擇線性電源。

(11)模塊電源一般極少損壞,當高壓電源工作異常時如加不上電,關閉供電,檢查安裝在高壓電源內的模塊電源輸出輸入端是否斷路或短路,如有這些現象即說明模塊電源損壞,更換模塊電源即可。模塊電源通常由廠家一次性封裝。不可強行拆卸。

 

5 結束語

在雷達發射機高壓電源的設計過程中,采用模塊電源能可以設計出有效的高壓電源的第一極穩壓,并兼顧電源隔離、體積、散熱、可靠性等要求。而且縮短開發或更改設計所花費的時間,節省人力及技術成本。從而將設計關注于高壓電源的主電路,提高設計效率。


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