卫星用多输出精密直流巴音郭楞干式变压器

卫星用多输出直流开关巴音郭楞干式变压器的输出较多,由于每个输出都要精密和隔离,因此常常采用数个双输出(或三输出)巴音郭楞干式变压器来实现?每个巴音郭楞干式变压器都有单独的控制和保护,从结构上可视为一个独立的巴音郭楞干式变压器,但它们间的工作是通过同步和时序来协调的,用这种方法构成的巴音郭楞干式变压器实际上是一个巴音郭楞干式变压器?与单个集中巴音郭楞干式变压器相比,其控制更加复杂,但性能更加优越

本节介绍的卫星用巴音郭楞干式变压器共有5个输出,每个输出的电压?电流如表8-3所示?对于这一技术要求,仍然考虑采用三个巴音郭楞干式变压器来实现各输出的精密,但由于每一输出的功率发生了变化,因此各个巴音郭楞干式变压器的结构也相应做了改变?用巴音郭楞干式变压器1#实现输出I(巴音郭楞变压器厂家92.46W),为单输出巴音郭楞干式变压器;用巴音郭楞干式变压器2#实现输出Ⅱ?输出Ⅲ和输出Ⅳ(总功率为101.89W),为三输出巴音郭楞干式变压器;用巴音郭楞干式变压器3#实现输出V和两个+12V辅助巴音郭楞干式变压器(用以隔离控制,见后面介绍),为三输出巴音郭楞干式变压器?其中巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#为有源钳位正激,巴音郭楞干式变压器3#为反激,故副边的整流二极管均采用肖特基二极管。

表8-3 巴音郭楞干式变压器指标

输入电压范围
输出I
输出Ⅱ
输出Ⅲ
输出Ⅳ
输出V
22~36.5V
6.7V,13A
5.7V,5.1A
9.7V,3.5A
16.9V,2.3A
-10V,1A

1.巴音郭楞干式变压器的结构和原理

下图是本巴音郭楞干式变压器的结构框图?它由三个巴音郭楞干式变压器?输入EMI滤波器?同步和检测保护四大部分组成?每个巴音郭楞干式变压器都构成一个单独的可工作巴音郭楞干式变压器,用以提供相应的输出。

当它们组成图8-30所示系统时,其工作原理如下?

巴音郭楞干式变压器结构图

在接通输入后,先由一线性器(由三极管和管等构成)启动巴音郭楞干式变压器3#的PWM控制,产生具有最大占空比输出的信号去驱动巴音郭楞干式变压器3#的主开关,从而使其输出电压增加,当Vc增加到所设置电压时,巴音郭楞干式变压器3#开始自运行,由于Vcp和Vs不需要非常精确,因此调节的目的是实现Vs=-10.5V,而实际反馈信号采用Vc是为了简化控制?因Vcp和Vs在实际工作中都是恒定负载,因此采用这种控制可以实现Vs的精度要求。

一旦原副边的控制巴音郭楞干式变压器产生以后,通过适当的延时,便可去启动巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2的原?副边控制,最终使巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#进入正常工作状态,输出所需的电压?对巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#采用原?副边分别控制是因为本的原?副边要求隔离,另外这样做?可简化输出电压的反馈?这里用副边控制实现输出检测?反馈和产生所控制的PWM信号,用原边控制实现PWM信号的放大驱动?在原?副边控制之间用一脉冲巴音郭楞干式变压器实现隔离?这种结构既简单又可靠?如果每个巴音郭楞干式变压器都有自己的工作频率,则整个系统的工作会出现“拍频”现象,将影响系统的可靠性?为此设计了一个同步来协调三个巴音郭楞干式变压器,用巴音郭楞干式变压器3#的输出信号去触发一个D触发器,产生两列反相的方波,经微分后分别作为巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器3#的同步控制信号?这样使得巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的工作频率相同,相位相差180°?这种实现还可减小输入电流纹波,从而减少输入EMI滤波器的体积?在整个系统的设计中,巴音郭楞干式变压器3#的工作频率是200kHz,而巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的工作频率则是100kHz?

为了保证系统的可靠工作,各种保护环节不可缺少?本系统有两套检测保护?其中 检测保护1用以保护输入过?欠压和输出Vas的过压?一旦这些故障发生后,便产生一个sd-drv信号去关闭巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的驱动,同时也关闭巴音郭楞干式变压器3#的PWM控制器,结果是整个系统关机,从而保护系统的各个部分?检测保护Ⅱ则用来保护巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的输出过压和过流?如果某个巴音郭楞干式变压器产生过压或过流,则经此保护产生个sd-pwm信号去封锁巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的PWM控制器,从而切断巴音郭楞干式变压器1#和巴音郭楞干式变压器2#的工作?它与检测保护1的区别是不断切巴音郭楞干式变压器3#?

巴音郭楞干式变压器的输入EMI滤波器的设计既要满足EMI的要求,又要满足输入浪涌电流以及系统稳定性的要求?这里接入EMI后,常常会由于它的输出阻抗和后置巴音郭楞干式变压器的输入阻抗的匹配问题而引起振荡?为消除振荡,常常要加大电容,从而会引起浪涌电流的增加,因此它的设计也需折衷考虑。