某產品二次電源設計

摘 要:彈上二次電源設計的優劣直接決定了全彈能否完成預定功能。根據某型彈上二次電源設計要求，對電路結構進行分析，采用自激推挽式直流變換器和串聯調整混合型電源，對電源工作的穩定性、抗干擾性、可靠性進行了詳細設計。設計成功的二次電源穩定性好，可靠性高，抗干擾能力強，應用效果良好。該設計采用的方法在工程上具有較高的實用價值。

關鍵詞:二次電源; 自激推挽; 串聯調整; 抗干擾設計

中圖分類號:TM91 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)13-0036-03

Design for Secondary Electric Source

WANG Peng-hui

(China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China)

Abstract: The quality of the secondary electric source on missile determines whether the intended functions of a missile can be implemented or not. The circuit frame is analyzed according to the design requirements. The hybrid electric source of self-oscillatory push-pull converter and serial voltage regulation circuit was adopted. The stability， anti-interference and reliability were designed attentively. The designed product works well. The design methodology in engineering has a very high practical value.

Keywords:secondary electric source; self-oscillatory push-pull; serial voltage regulation circuit; anti-jamming design

二次電源將彈上一次電源(熱電池、渦輪電機等)所提供的+28 V直流電源變換成彈上探測系統、信息處理、驅動控制等分系統所需要的各種電壓。電壓質量的好壞，對不同部件工作的穩定性和可靠性將產生重要影響[1]。同時，由于彈上電源工作環境較為惡劣，在達到設計要求的同時，必須考慮電源工作溫度環境、電磁兼容環境，同時保證較高的可靠性[2]。本文通過分析某產品彈上二次電源的設計要求，成功設計了某型二次電源，在性能滿足要求的同時，達到了較高的穩定性、可靠性和抗干擾性。

1 設計分析

系統要求輸出正電壓有高壓+150 V，低壓+6 V，+12 V等，負壓-6 V，-12 V等，高壓供給探測系統，±6 V供給預處理電路，±12 V供給信息處理電路。因此高壓150 V和±6 V要求電壓穩定度高、輸出紋波(峰峰值)低，同時要求較低的硬件成本。為了達到規定的要求，對高壓輸出、負電壓輸出部分前級采用DC/DC，后級采用線性串聯調整電路;對低壓輸出的正電壓直接采用線性串聯調整穩壓電路。

1.1 主電路分析

1.1.1 DC/DC

它激式變換器由振蕩級和輸出級組成，效率高、適用于大功率電源，但電路復雜、硬件成本高;自激推挽式變換器[3-4]結構簡單、輸出電壓穩定、效率較高、硬件成本低、應用廣泛。本設計中DC/DC部分采用自激推挽式變換器。

1.1.2 直流穩壓電路

由于要求電壓的穩定度高、輸出紋波非常低，因此直流變換器后端必須采用穩壓系數大、紋波抑制比高的濾波電路。但是，當對紋波要求較嚴時，采用多極濾波器不能達到很好的效果;通常情況下，需要采用直流穩壓器[5]。本設計中采用串聯調整晶體管穩壓電路。

1.2 電磁兼容設計分析

電源的電磁兼容性設計主要指+28 V直流系統正常電壓瞬變特性和正常工作穩態電壓特性[6]，通過合理設計寬范圍電壓輸入和抗寬脈沖低壓和高壓性能設計可以滿足要求，這里主要指抗干擾性能分析。

二次電源在DC/DC變換過程中容易形成各種干擾噪聲，產生嚴重的傳導干擾和輻射干擾，直接影響了不同電源輸出的供電質量。需要采取幾方面的措施:首先，在電源結構設計時，考慮整體屏蔽設計和各功能模塊的功能分割;其次，為減小輸入噪聲和阻止二次電源向輸入電源反饋的噪聲，設計輸人和輸出濾波電路;最后，考慮接地設計，減小接地電阻和接合面的接觸電阻[7]，形成低阻抗電流通路。

1.3 可靠性設計分析

1.3.1 元器件選用

選用可靠性高的元器件，進行二次篩選試驗，并進行降額設計[8]。

1.3.2 三防設計

三防設計指防潮設計、防鹽霧設計和防霉菌設計，通過對印制板及組件表面涂覆專用三防清漆可以有效避免導線之間的電暈、擊穿，提高電源的可靠性;變壓器、電感應進行浸漆，以防潮氣進入。

1.3.3 熱設計分析

熱設計是利用熱傳遞特性，通過附加的冷卻措施，控制電子設備內部所有元器件的溫度，使其在設備所處的工作環境條件下不超過降額后規定的最高允許工作溫度[9]。在彈上電源中，首先選用低功耗的器件，減少發熱器件的數目;其次，確定主要發熱單元，確定傳熱途徑，采用電源內部的熱交換機制，采用傳導、對流和輻射三種方式，將電源內部多余的熱量轉移;最后，加大加粗印制線的寬度，提高電源效率。

2 電源組成及工作中需要解決的問題

2.1 電源組成

二次電源組成框圖見圖1。+28 V輸入首先經過獨立的濾波電路，一路直接進行串聯調整穩壓，經過濾波電路輸出+12 V，+6 V以穩壓后濾波前的+12 V為源，經過二級串聯調整穩壓、濾波輸出;另外一路經過自激推挽振蕩電路進行DC/AC變換，產生一路高壓和一路負電壓，高壓由整流濾波電路進行AC/DC變換輸出+170 V左右的高壓，經高壓串聯調整電路和高壓濾波電路輸出+150 V，負電壓由整流濾波電路進行AC/DC變換、串聯調整電路、濾波電路輸出-12 V，同樣-6 V由-12 V調整穩壓后得到。

圖1 二次電源組成

2.2 自激推挽變換器存在的問題

圖2所示為自激推挽式變換器電路圖。

圖2 自激推挽式變換器電路圖

2.2.1 晶體管同時導通

自激推挽式變換器是由自激的方式產生方波，V3，V4 交替飽和導通，理論上其高低電平之間的轉換在時間上是完全一致的;實際上由于晶體管存貯時間的作用，會產生兩個晶體管同時導通的情況，導通時間(1～2 μs)雖然很短，但由于變壓器的作用，造成本應截止的晶體管產生高頻尖峰損耗。尖峰損耗造成的平均功率可使管子結溫升高到損壞點，產生二次擊穿而損壞管子。因此，要保證自激推挽變換器穩定工作，必須避免兩個晶體管同時導通。

(1) 縮短晶體管的存貯時間。

應避免管子進入深度飽和，可以縮短存貯時間，V1，V2使晶體管避免進入深度飽和。當晶體管一旦進入飽和區后，V1，V2就把基極的激勵電流向集電極分流而使基極電流不再增加，這樣就防止了晶體管進入深飽和，從而減小了存貯時間。

(2) 用RC電路延遲導通。

圖2中，C3和R4(C5和R5)接于晶體的基極與地之間，當一個管子的基極處于脈沖的上升沿時，由于電容的充電過程而使基極達到導通的時間被延遲，從而避開了另一個管子截止時的存貯時間。

2.2.2 吸收尖峰

由于變壓器的兩個初級線圈之間存在漏感[10]，當一個初級線圈中的電流突然降到零時，存儲在這部分漏感中的磁能只能向分布電容充電，因而晶體管從飽和轉為截至時，會在截止晶體管的集電集和發射集之間造成瞬間過壓，所以推挽式變換器的輸出波形上一般都帶有尖峰，尖峰寬度與漏感、集電集電流、集電集電壓上升時間、電流下降時間有關。減小這個尖峰，不但可以保護晶體管，還可以使輸出電壓紋波峰值減小。

(1) 采用RC緩沖電路。

RC電路在信號去耦電路、小電流濾波電路應用較多，可以起到平滑尖峰的作用。R6，C4的時間常數略小于晶體管存儲時間，遠小于振蕩脈沖寬度，可以使尖峰電壓減小，從而保護晶體管。

(2) 變壓器繞線方式。

變壓器線圈的分布電容和漏感對變換器的工作狀態有很大影響。采用雙線并繞的繞線方式，利于繞組間更好的耦合，降低漏感和分布電容的要求。

2.3 串聯調整穩壓電路存在的問題

圖3為串聯調整穩壓電路圖。

圖3 串聯調整穩壓電路圖

2.3.1 基準電壓

基準電壓的穩定度實際上是電源穩定度的極限值，若要獲得較高的穩壓電源穩定度，必須使基準電壓的穩定度比所要求的電源穩定度高一個數量級[11]，因此選用穩定性高和溫漂低的基準穩壓器非常重要，可以選取溫度系數及動態電阻都很小的雙向硅穩壓基準源。

2.3.2 調整管熱擊穿問題

采用復合管(圖3中V12，V13)作調整管時，為了防止由于三極管的Iceo過大引起的熱擊穿[12]，必須在保證三極管最高結溫時，Icbo能夠泄放掉，圖3中R15就是需要的泄放電阻。

2.4 抗干擾及可靠性

在功能分割上，將串聯調整電路和自激推挽電路及變壓器物理隔離，同時輸出級盡量遠離推挽電路;保證印制板地和電源殼體盡量大面積接觸，電源殼體和大地面接觸。

在結構上，將易發熱器件直接固定在電源外殼上;內部發熱器件通過印制板上大面積覆銅進行散熱，同時

印制板布線盡量寬。

3 結 語

彈上二次電源雖然較多采用了模塊化的線性或開關電源，但設計原理是相同的。通過對二次電源的設計分析，可以掌握彈上電源設計方法、故障分析方法，以及可靠性設計、抗干擾設計等方法。本設計研制成功的彈上二次電源，通過了電磁兼容試驗、各項環境試驗，電壓穩定度、輸出紋波達到了非常高的要求，實用性強，在整機應用上取得了較好效果。

參考文獻

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