電源DC-DC輸出電流波形改進設計

黃曉燕 白璐 王正之

摘要：有源相控陣雷達TR組件由移相模塊，低噪放模塊，功放模塊，電源模塊組成，TR組件功放模塊的供電特點為漏控模式，脈沖形式，脈沖特點為大電流寬脈沖。本文主要分析如何改善DC-DC電源模塊的電流輸出波形，抑制電流尖峰，使電流更平滑，減小浪涌，最大輸出電流不超過電源模塊的額定輸出電流，從而保證整個產品的使用壽命。

關鍵詞：脈沖電源;整流;大功率

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0168-02

0 引言

本設計中電源使用的DC-DC模塊型號為V48C12C150BL，是VICOR公司的二代DC-DC模塊，其部分參數見圖1。[1]

由于TR組件最惡劣的使用情況為I=40A，△t=200us，使用頻率為1KHz。根據資料可知，此模塊輸出的額定輸出電流為12.5A，響應速度為200us，其峰值功率和響應速度都滿足不了實際工作要求，所以在實際應用過程中在此DC-DC模塊后并入了大量電容，根據電源頂降的公式：△V=I*ESR+I*△T/C，其中△T脈沖寬度為200us;ESR是電容并聯內阻，設△V=1V，I=40A，△t=200us，并聯后電容的ESR忽略不計，則電容為：8000uF。[2]

1 原脈沖電源設計方法

根據原理計算，最終實際使用情況為并入電容330uF×35=11550uF，實測頂降為0.8V，滿足最后微波功率輸出頂降頂降：≤1dB。然而此應用情況存在以下隱患，VICOR的全型、小型、和微型模塊可以接受的最大輸出電容值：C（uf）=400*P/V2。根據公式計算，輸出功率為150W，輸出電壓值為12V，得知最多可加電容約為400uF，如外加電容值比計算值大約10倍，可使DC-DC在開機時進入限流態。對比實際應用情況，外部輸出電容值已經遠遠超出計算值。在此情況下，對DC-DC的實際輸出電流進行了測量，見圖2。

根據上圖分析，脈沖工作260us后，DC-DC開始給電容充電，瞬間電流達到了18.2A，由于模塊有個過流保護，當輸出電流增加超過最大電流，輸出電壓仍保持不變，直到到達電流限制點，這通常比額定電流，最大電流大5-25%。超過電流限制點，輸出電壓會下降至短路電流點，在過流狀態消除后，模塊會自動復原。所以電流瞬間過流后，模塊進入過流保護狀態，在第320us時，過流狀態消除，模塊恢復輸出，繼續給電容充電，在450us達到充電峰值電流14A左右。顯而易見，此狀態，雖然目前可以正常工作，但不能保證模塊是否能繼續穩定工作。

2 對存在隱患的改進方法

2.1 輸出加電感

利用電感來抑制電流瞬態變化，加入5.1uH電感后，電流波形見圖3。

由圖可看出，當電路中串入5.1uH電感，電流波形有明顯改善，電容充電瞬間沖擊消除了，最大電流平滑到12.2A，小于模塊的額定輸出電流12.5A。可得出結論，串入5.1uH電感后，模塊可滿足正常工作后所需的電流，但是電流脈動較大為8.7A。

2.2 進一步增大電感

5.1uH電感改成13uH電感，其電流波形見圖4。

由圖可看出，當電路中串入13uH電感，電流波形進一步改善，最大電流平滑到10.8A，更小于模塊的額定輸出電流12.5A，脈動電流減小為5.9A。

3 結語

通過電容與電感相結合的方式，即可使電源模塊輸出滿足快速響應的大電流寬脈沖形式，也可使輸出平均電流與峰值電流限制在電源模塊的正常范圍內，既滿足設計需求又可提高整個系統的可靠性。

參考文獻

[1] V48C12C150BL.datasheeet.2016.

[2] 郭慶.儲能電容器在大電流脈沖系統中的應用[D].南京電子技術研究所，2018.