鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:957次 | 2020年06月19日
一種可程控調(diào)制脈沖電源模塊的研制
摘要:脈沖電源是脈沖制式供電方式裝備必不可少的供電電源。本文對(duì)脈沖電源特點(diǎn)及重要參數(shù)的影響原因進(jìn)行分析,給出了一種脈沖電源的電路方法。重點(diǎn)分析輸出脈沖電壓跌落幅度出現(xiàn)原因及解決方法,總結(jié)了實(shí)用的脈沖電源工程設(shè)計(jì)方法。引言
在某發(fā)射機(jī)中,為了降低整機(jī)功耗,對(duì)某間歇工作的單元電路采取脈沖制式供電方式。本文研制的電源模塊,可通過外部控制信號(hào),快速的開啟和關(guān)斷,為負(fù)載供應(yīng)15V電壓,1A電流的供電脈沖。
一般開關(guān)電源啟動(dòng)延遲時(shí)間為ms級(jí),直接控制電源的On/Off端無法輸出上下沿為ns級(jí)的輸出脈沖。本文介紹了一種輸出級(jí)調(diào)制方式,滿足了輸出脈沖建立時(shí)間及關(guān)閉時(shí)間為ns級(jí)的要求,輸出功率達(dá)15W,調(diào)制頻率從200Hz~50kHz,脈沖電壓跌落幅度小于0.5%的要求。
本文著重分析了影響脈沖電源重要參數(shù)的因素及解決方法,最后給出采用厚膜混合集成技術(shù)制作的28V輸入,15V/15W輸出可程控調(diào)制脈沖電源模塊的實(shí)測(cè)參數(shù)。
1脈沖電源參數(shù)要求
本文介紹的脈沖電源,要求達(dá)到下面重要設(shè)計(jì)指標(biāo):
輸入標(biāo)稱電壓Vin:28V
輸入電壓范圍Vin:16V~40V
高電平輸出電壓VOH:15V±1%
高電平輸出電流IOH:1A
調(diào)制頻率fs:100Hz~50kHz
占空比D:30%
脈沖跌落幅度SVO:75mV
導(dǎo)通延遲時(shí)間tf:1µs
關(guān)斷延遲時(shí)間tl:1µs
2電源整體方法
一般開關(guān)電源啟動(dòng)延遲時(shí)間為ms級(jí),所以直接控制電源的On/Off端無法實(shí)現(xiàn)ns級(jí)上升沿的脈沖輸出。為滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,采取開關(guān)電源及次級(jí)調(diào)制方式,原理框圖見圖1。
從框圖1可以看出,電源采用常用的單端正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。單端正激開關(guān)電源為采用中小功率開關(guān)電源電路,其設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成熟,這里不再贅述。
開關(guān)電源啟動(dòng)后始終處于工作狀態(tài),輸出脈沖由輸出調(diào)制電路控制MOS管Q2的導(dǎo)通和關(guān)斷來實(shí)現(xiàn)。由于調(diào)制和MOS管驅(qū)動(dòng)總延遲時(shí)間可以設(shè)計(jì)在ns級(jí),所以可以滿足脈沖的導(dǎo)通及關(guān)斷時(shí)間小于1µs。
3輸出脈沖電壓跌落系數(shù)設(shè)計(jì)
理想的脈沖電源,在滿負(fù)載情況下,脈沖輸出時(shí)應(yīng)該迅速達(dá)到要求輸出電壓。然而,脈沖輸出對(duì)電源來說相當(dāng)快速的進(jìn)行空載——滿載——空載——滿載切換。由于幾乎所有開關(guān)電源都有一個(gè)特性:即空載——滿載切換時(shí),輸出電壓會(huì)跌落一定幅度再恢復(fù)到額定電壓;而滿載——空載切換時(shí),輸出電壓會(huì)上沖一定幅度再恢復(fù)到額定電壓,這是因?yàn)殚_關(guān)電源輸出電壓的穩(wěn)定,是靠輸出電壓變化采樣——誤差比較放大——脈寬調(diào)制——穩(wěn)定輸出電壓來完成的。整個(gè)過程要的時(shí)間是造成負(fù)載瞬變特性的原因。該特性用負(fù)載瞬變輸出電壓變化量(VLT)和負(fù)載瞬變時(shí)輸出電壓的恢復(fù)時(shí)間(tLT)來表示。一般來說,負(fù)載瞬變輸出電壓變化量(VLT)在輸出電壓的5%~8%之間,負(fù)載瞬變時(shí)輸出電壓的恢復(fù)時(shí)間(tLT)小于100µs已經(jīng)是性能不錯(cuò)的開關(guān)電源了。
開關(guān)電源負(fù)載瞬變特性的存在,關(guān)于脈沖輸出來說,卻是一個(gè)不可忽視的重要指標(biāo)。
圖2反映了電源負(fù)載瞬變特性對(duì)脈沖輸出的影響。由于電源負(fù)載瞬變特性的存在,在脈沖輸出時(shí),由于-VLT的存在,會(huì)導(dǎo)致Vpo不能及時(shí)上升到標(biāo)稱輸出電壓幅度。該輸出電壓與標(biāo)稱輸出電壓之差含義為脈沖電壓幅度SVO。工程設(shè)計(jì)中如何計(jì)算選擇器件參數(shù)使之滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,是本文探討的重要內(nèi)容。