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模块电源在高压电源中的应用研究
来源:网络转摘    作者:xalgdz    点击次数:132次    发布时间:2019/7/23

雷达发射机对其高压电源的稳定性有较高要求,在设计高压电源时通常需要从普通供电系统经过两级或多级稳压以达到输出要求,而且还需要考虑电源隔离、体积、散热、可靠性等问题。

模块电源具有比分立元件电源灵活、高效、可靠等明显优势,采用模块电源可以设计出有效的高压电源的第一级稳压,同时兼顾电源隔离、体积、散热、可靠性等要求,缩短开发或更改设计所花费的时间,节省人力及技术成本。这样可以将设计关注于高压电源的主电路,提高设计效率。

 

1 模块电源的特点分析

1.1 模块电源的优点

模块电源具有如下优点:

(1)品种多样有AC/DC、DC/DC、EMI模块等等。

(2)设计简单 电源模块只需配上少量分立元件.即可获得电源。模块电源一般配备标准化前端、高集成电源模块和其他元件,因此使设计应用大为简化。

(3)缩短开发周期模块电源一般备有多种输人、输出选择。用户也可以重复迭加或交叉迭加,构成积木式组合电源,实现多路输人、输出,大大减少开发时间。某些模块电源如有特殊需要还可以协议订货。

(4)变更灵活产品设计如需更改,只需转换或并联另一合适电源模块即可。

(5)散热方便模块电源外壳有集热器、散热器和外壳三位一体的结构形式。实现了模块电源的传导冷却方式。使电源的温度值趋近于最小值。而且模块电源外观较为美观。

(6)质优可靠模块电源一般均采用全自动化生产,并配以高科技生产技术,因此品质稳定、可靠。

1.2 模块电源的缺点

模块电源具有如下缺点:

(1)模块电源通用化设计,在某些空间小散热不便的特殊场合,需要的高功率密度的模块电源型号少,较难选型。

(2)模块电源价格较高,并占用一定空间和重量。所以设计时,模块电源供电满足使用即可,模块个数不宜过多,以减少空间和重量开支。

1.3 模块电源在高压电源中的适用范围

高压电路的主电路是控制电路和高压生成电路。其中交流供电输入和所需低压直流控制电源.以及滤波或功率因数补偿等等部分均可使用模块电源。

 

2 高压电源对模块电源的使用要求

电真空器件雷达发射机的高压电源需要专门设计,对其高压电源的稳定性有较高要求。在设计高压电源时通常需要从普通供电系统经过两级或多级稳压以达到输出要求。而且还需要考虑电源隔离、体积、散热、可靠性等问题。

高压电源使用模块电源的范围是:滤波功率变换电路,控制部分(低压),高压部分一般不使用市售高压模块电源,而要根据发射机使用参数要求专门设计。某型高压电源的构成框图如图1所示。

 

2.1 供电输入和控制电路分析

高压电源的供电输入由两部分组成,一部分是交流供电,通常由车载或机载发电机产生。通常为400 Hz或5O Hz,电压选115 V或220 V左右,中小功率高压电源选单相供电,大功率高压电源选三相供电。另一部分是低压直流供电,主要供高压电源的控制部分使用,如±5 V、±15 V、±27 V等等.一般电流较小,功率不高。

在实际的系统中,高压电源从系统获得供电,交流供电提供功率来源,低压直流供电提供控制使用。而系统为接地安全起见,通常将数字地、模拟地、线缆屏蔽层和机壳大地相连,甚至有些低压直流供电的回线与屏蔽层或大地直接相连。高压电源的PWM控制部分要与高压反馈电压作比较,所需低压直流供电常常需要单独供电,为隔离起见其回线不能接地。这样,系统低压直流供电在这种情况下不能满足要求,高压电源无法使用系统的该路供电,而必须在高压电源内使用适当DC/DC模块电源生成所需的隔离低压直流供电电源。

2.2 滤波和功率变换电路分析

高压电源的稳定性有较高要求,而且输出常常为多路电源,往往一级稳压无法很好满足高压电源的稳定性要求。

在功率变换时需要将直流电逆变为高频的交流电送往高压变压器。在对交流输入整流滤波后使用稳压模块电源提供DC/DC变换,成为第一级稳压,然后再逆变为高频的交流电送往高压变压器进行升压和稳压,即第二级稳压。这样,从普通供电系统经过两级或多级稳压以达到输出要求。

此外,对交流输人的整流滤波也可选用适当AC/DC模块电源、滤波或功率因数补偿模块等等。

2.3 使用要求

发射机高压电源所采用的模块电源必须达到国军标要求。

模块电源在外形结构上必须满足高压电源安装、体积、散热和重量等相应的要求,能够经受系统严格的环境应力试验。

 

3 模块电源的应用

3.1 输出电压的调节

对有TRIM或ADJ(可调节1输出引脚的模块电源,可通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节,调节范围一般为±10%。

对TRIM输出引脚,将电位器的中心与TRIM相连,在所有+S、-S管脚的模块中,其他两端分别接+S、-S。没有+S、-S时,将两端分别接到相应主路的输出正负极(+S接+ ,-S接-UIN),然后调节电位器即可。电位器的阻值一般选用5~10 kΩ比较合适。

对ADJ输出引脚.分为输入边调节与输出边节。输出边调节与TRIM引脚的调节方式一样。输入边调节只能上调输出电压.此时将电位器的其中一端与中心相接,另一端接输入端的地。

3.2 输入电压的调节

一般模块电源都有内置滤波器,能满足一般电源应用的要求。如果需要更高要求的电源系统,应增加输入滤波网络。可以采用LC或Ⅱ型网络,但应注意尽量选择较小的电感和较大的电容。

为了防止输人电源瞬态高压损坏模块电源,建议用户在输人端接瞬态吸收二极管并配合保险丝使用.以确保模块在安全的输入电压范围之内。为了降低共模噪声,可以增加电容,一般选择几nF的高频电容。

3.3 开/关电路

模块电源的开关操作,是通过REM端进行的。一般控制方式有两种。

(1)REM与-UIN(参考地)相连,关断,要求UREF<0.4 V。REM悬空或与+UIN相连,模块工作,要求UREM>1 V。

(2)REM与UIN相连,关断,要求UREM<0.4 V。REM与+UIN相连,模块工作,要求UREM>l V。REM悬空,关断,即所谓“悬空关断”(-R)。

如果控制要与输入端隔离.则可以使用光电耦合器作为传递控制信号。

3.4 模块电源的组合

(1)并联扩容将相同模块输出端并联,可使输出能力增强。但并联模块的输出电压要调整得比较一致,以保证相对均流,同时避免不必要的振荡。对有较大电流输出的模块.还可以仔细设计引线电阻,以达到均流效果。用这种方法并联的模块,不宜超过2个。同时,如果其中一块模块输出有故障,整个系统都将不能正常工作。

(2)冗余热备份并联将相同的模块输出端通过二极管后并联可使输出能力增强,以提高电源系统的可靠性。原则上如果配合相应输出报警电路。将模块放在可以拆卸的母线上。这样,出现故障的模块可以及时更换。用这种方法并联的模块,没有量限制。

(3)串联扩容将相同模块输出端串联,可使输出电压倍增,功率也相应增加.而串联输出端须接二极管以进行保护。

 

4 模块电源的安装和维护

由于模块电源的类别、系列、规格品种很多,故其功能特性和物理特性不尽相同。因此在安装、使用与维护方面也有不同。

需要在注意以下几方面。

(1)包装启封后,应核对各接线端子标识是否与随机所带的说明书相符.同时是否与订货合同约定的要求相符。如有不符,应立即与购货单位联系,商讨处理办法。

(2)在安装的第一步,必须将模块电源的金属外壳可靠接地,以确保安全,但不可误将外壳接在零线上。

(3)在安装完毕通电之前,应再次核对各接线端子上的连线,确保输入和输出、交流和直流、单相和多相、正极和负极、电压值和电流值等参数正确无误,杜绝接反、接错现象。

(4)对于大功率电源,一般有两个或两个以上的“+”和“-”输出端子。实际上,这是为了使用户接线方便,它们内部是并接在一起,同属于一个输出电极。

(5)模块电源不允许长期处于满负荷工作状态。线性电源的使用率,应控制在60%以内;开关电源的使用率.应控制在80%以内.否则有可能造成模块电源人为的早期失效。

(6)对于某些模块电源,厂家出厂时在于可调端子(ADJ)间接有固定电阻。使用时须用户自配相应阻值的电位器,以取代该固定电阻。但要注意,当可调端子间处于开路状态时,决不允许加载。

(7)为了充分散热,模块电源宜安装在空气对流较好的位置。需用散热器的模块电源,其背板必须均匀涂抹导热硅脂,并和散热器紧密贴合,并加以紧固。一般要求线性电源工作电流在4 A以上,或开关电源工作电流在7 A以上时.应加装强制风冷。此外,在模块电源外壳上不允许放置其他物品。

(8)模块电源一般适用于以阻性为主的负载,若需要应用在以容性为主或感性为主的负载时.应事先协议订货。

(9)发射机高压电源通常不采用市售高压模块电源,而专门设计高压电路。若使用高压模块电源,在使用过程及停电后10 min之内,均不可触及高压危险区。

(10)模块电源选型原则:一般功率较大的宜选择开关电源,功率较小的选择线性电源。

(11)模块电源一般极少损坏,当高压电源工作异常时如加不上电,关闭供电,检查安装在高压电源内的模块电源输出输入端是否断路或短路,如有这些现象即说明模块电源损坏,更换模块电源即可。模块电源通常由厂家一次性封装。不可强行拆卸。

 

5 结束语

在雷达发射机高压电源的设计过程中,采用模块电源能可以设计出有效的高压电源的第一极稳压,并兼顾电源隔离、体积、散热、可靠性等要求。而且缩短开发或更改设计所花费的时间,节省人力及技术成本。从而将设计关注于高压电源的主电路,提高设计效率。


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