衛(wèi)星用多輸出精密直流穩(wěn)壓電源適配器

     衛(wèi)星用多輸出直流開關(guān)穩(wěn)壓電源適配器的輸出較多,由于每個(gè)輸出都要精密穩(wěn)壓和隔離,因此常常采用數(shù)個(gè)雙輸出(或三輸出)變換器來實(shí)現(xiàn)?每個(gè)變換器都有單獨(dú)的控制和保護(hù),從結(jié)構(gòu)上可視為一個(gè)獨(dú)立的電源,但它們間的工作是通過同步電路和時(shí)序電路來協(xié)調(diào)的,用這種方法構(gòu)成的電源實(shí)際上是一個(gè)電源適配器?與單個(gè)集中電源相比,其控制更加復(fù)雜,但性能更加優(yōu)越

     本節(jié)介紹的衛(wèi)星用電源共有5個(gè)輸出,每個(gè)輸出的電壓?電流如表8-3所示?對(duì)于這一技術(shù)要求,仍然考慮采用三個(gè)變換器來實(shí)現(xiàn)各輸出的精密穩(wěn)壓,但由于每一輸出的功率發(fā)生了變化,因此各個(gè)變換器的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)做了改變?用變換器1#實(shí)現(xiàn)輸出I(92.46W),為單輸出電源;用變換器2#實(shí)現(xiàn)輸出Ⅱ?輸出Ⅲ和輸出Ⅳ(總功率為101.89W),為三輸出電源;用變換器3#實(shí)現(xiàn)輸出V和兩個(gè)+12V輔助電源(用以隔離控制,見后面介紹),為三輸出電源?其中變換器1#和變換器2#為有源鉗位正激電路,變換器3#為反激電路,故副邊的整流二極管均采用肖特基二極管。

表8-3       電源指標(biāo)

1. 電源適配器的結(jié)構(gòu)和原理

下圖是本電源適配器的結(jié)構(gòu)框圖?它由三個(gè)變換器?輸入EMI濾波器?同步電路和檢測(cè)保護(hù)電路四大部分組成?每個(gè)變換器都構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的可工作電源,用以提供相應(yīng)的輸出。

  當(dāng)它們組成圖8-30所示系統(tǒng)時(shí),其工作原理如下?

電源適配器結(jié)構(gòu)圖

      在接通輸入后,先由一線性穩(wěn)壓器(由三極管和穩(wěn)壓管等構(gòu)成)啟動(dòng)變換器3#的PWM控制電路,產(chǎn)生具有最大占空比輸出的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)變換器3#的主開關(guān),從而使其輸出電壓增加,當(dāng)Vc增加到所設(shè)置電壓時(shí),變換器3#開始自運(yùn)行,由于Vcp和Vs不需要非常精確,因此調(diào)節(jié)的目的是實(shí)現(xiàn)Vs=-10.5V,而實(shí)際反饋信號(hào)采用Vc是為了簡(jiǎn)化控制?因Vcp和Vs在實(shí)際工作中都是恒定負(fù)載,因此采用這種控制可以實(shí)現(xiàn)Vs的精度要求。

      一旦原副邊的控制電源產(chǎn)生以后,通過適當(dāng)?shù)难訒r(shí),便可去啟動(dòng)變換器1#和變換器2的原?副邊控制電路,最終使變換器1#和變換器2#進(jìn)入正常工作狀態(tài),輸出所需的電壓?對(duì)變換器1#和變換器2#采用原?副邊分別控制是因?yàn)楸具m配器的原?副邊要求隔離,另外這樣做?可簡(jiǎn)化輸出電壓的反饋?這里用副邊控制電路實(shí)現(xiàn)輸出檢測(cè)?反饋和產(chǎn)生所控制的PWM信號(hào),用原邊控制電路實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的放大驅(qū)動(dòng)?在原?副邊控制電路之間用一脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)隔離?這種結(jié)構(gòu)既簡(jiǎn)單又可靠?如果每個(gè)變換器都有自己的工作頻率,則整個(gè)系統(tǒng)的工作會(huì)出現(xiàn)“拍頻”現(xiàn)象,將影響系統(tǒng)的可靠性?為此設(shè)計(jì)了一個(gè)同步電路來協(xié)調(diào)三個(gè)變換器,用變換器3#的輸出信號(hào)去觸發(fā)一個(gè)D觸發(fā)器,產(chǎn)生兩列反相的方波,經(jīng)微分后分別作為變換器1#和變換器3#的同步控制信號(hào)?這樣使得變換器1#和變換器2#的工作頻率相同,相位相差180°?這種實(shí)現(xiàn)還可減小輸入電流紋波,從而減少輸入EMI濾波器的體積?在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,變換器3#的工作頻率是200kHz,而變換器1#和變換器2#的工作頻率則是100kHz?

      為了保證系統(tǒng)的可靠工作,各種保護(hù)環(huán)節(jié)不可缺少?本系統(tǒng)有兩套檢測(cè)保護(hù)電路?其中  檢測(cè)保護(hù)電路1用以保護(hù)輸入過?欠壓和輸出Vas的過壓?一旦這些故障發(fā)生后,便產(chǎn)生一個(gè)sd-drv信號(hào)去關(guān)閉變換器1#和變換器2#的驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)也關(guān)閉變換器3#的PWM控制器,結(jié)果是整個(gè)系統(tǒng)關(guān)機(jī),從而保護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)部分?檢測(cè)保護(hù)電路Ⅱ則用來保護(hù)變換器1#和變換器2#的輸出過壓和過流?如果某個(gè)變換器產(chǎn)生過壓或過流,則經(jīng)此保護(hù)電路產(chǎn)生個(gè)sd-pwm信號(hào)去封鎖變換器1#和變換器2#的PWM控制器,從而切斷變換器1#和變換器2#的工作?它與檢測(cè)保護(hù)電路1的區(qū)別是不斷切變換器3#?

      電源適配器的輸入EMI濾波器的設(shè)計(jì)既要滿足EMI的要求,又要滿足輸入浪涌電流以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求?這里接入EMI后,常常會(huì)由于它的輸出阻抗和后置變換器的輸入阻抗的匹配問題而引起振蕩?為消除振蕩,常常要加大電容,從而會(huì)引起浪涌電流的增加,因此它的設(shè)計(jì)也需折衷考慮。