衛星用多輸出精密直流穩壓電源適配器

     衛星用多輸出直流開關穩壓電源適配器的輸出較多,由于每個輸出都要精密穩壓和隔離,因此常常采用數個雙輸出(或三輸出)變換器來實現?每個變換器都有單獨的控制和保護,從結構上可視為一個獨立的電源,但它們間的工作是通過同步電路和時序電路來協調的,用這種方法構成的電源實際上是一個電源適配器?與單個集中電源相比,其控制更加復雜,但性能更加優越

     本節介紹的衛星用電源共有5個輸出,每個輸出的電壓?電流如表8-3所示?對于這一技術要求,仍然考慮采用三個變換器來實現各輸出的精密穩壓,但由于每一輸出的功率發生了變化,因此各個變換器的結構也相應做了改變?用變換器1#實現輸出I(92.46W),為單輸出電源;用變換器2#實現輸出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#實現輸出V和兩個+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

1. 電源適配器的結構和原理

下圖是本電源適配器的結構框圖?它由三個變換器?輸入EMI濾波器?同步電路和檢測保護電路四大部分組成?每個變換器都構成一個單獨的可工作電源,用以提供相應的輸出。

  當它們組成圖8-30所示系統時,其工作原理如下?

電源適配器結構圖

      在接通輸入后,先由一線性穩壓器(由三極管和穩壓管等構成)啟動變換器3#的PWM控制電路,產生具有大占空比輸出的信號去驅動變換器3#的主開關,從而使其輸出電壓增加,當Vc增加到所設置電壓時,變換器3#開始自運行,由于Vcp和Vs不需要非常精確,因此調節的目的是實現Vs=-10.5V,而實際反饋信號采用Vc是為了簡化控制?因Vcp和Vs在實際工作中都是恒定負載,因此采用這種控制可以實現Vs的精度要求。

      一旦原副邊的控制電源產生以后,通過適當的延時,便可去啟動變換器1#和變換器2的原?副邊控制電路,后面使變換器1#和變換器2#進入正常工作狀態,輸出所需的電壓?對變換器1#和變換器2#采用原?副邊分別控制是因為本適配器的原?副邊要求隔離,另外這樣做?可簡化輸出電壓的反饋?這里用副邊控制電路實現輸出檢測?反饋和產生所控制的PWM信號,用原邊控制電路實現PWM信號的放大驅動?在原?副邊控制電路之間用一脈沖變壓器實現隔離?這種結構既簡單又可靠?如果每個變換器都有自己的工作頻率,則整個系統的工作會出現“拍頻”現象,將影響系統的可靠性?為此設計了一個同步電路來協調三個變換器,用變換器3#的輸出信號去觸發一個D觸發器,產生兩列反相的方波,經微分后分別作為變換器1#和變換器3#的同步控制信號?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°?這種實現還可減小輸入電流紋波,從而減少輸入EMI濾波器的體積?在整個系統的設計中,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?

      為了保證系統的可靠工作,各種保護環節不可缺少?本系統有兩套檢測保護電路?其中  檢測保護電路1用以保護輸入過?欠壓和輸出Vas的過壓?一旦這些故障發生后,便產生一個sd-drv信號去關閉變換器1#和變換器2#的驅動電路,同時也關閉變換器3#的PWM控制器,結果是整個系統關機,從而保護系統的各個部分?檢測保護電路Ⅱ則用來保護變換器1#和變換器2#的輸出過壓和過流?如果某個變換器產生過壓或過流,則經此保護電路產生個sd-pwm信號去封鎖變換器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?它與檢測保護電路1的區別是不斷切變換器3#?

      電源適配器的輸入EMI濾波器的設計既要滿足EMI的要求,又要滿足輸入浪涌電流以及系統穩定性的要求?這里接入EMI后,常常會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,從而會引起浪涌電流的增加,因此它的設計也需折衷考慮。