一种可程控调制脉冲电源模块的研制

        摘要：脉冲电源是脉冲制式供电方式装备必不可少的供电电源。本文对脉冲电源特点及主要参数的影响原因进行分析，给出了一种脉冲电源的电路方案。重点分析输出脉冲电压跌落幅度产生原因及解决方法，总结了实用的脉冲电源工程设计方法。

　　引言

　　在某发射机中，为了降低整机功耗，对某间歇工作的单元电路采取脉冲制式供电方式。本文研制的电源模块，可通过外部控制信号，快速的开启和关断，为负载提供15V电压，1A电流的供电脉冲。

　　一般开关电源启动延迟时间为ms级，直接控制电源的On/Off端无法输出上下沿为ns级的输出脉冲。本文介绍了一种输出级调制方式，满足了输出脉冲建立时间及关闭时间为ns级的要求，输出功率达15W，调制频率从200Hz～50kHz，脉冲电压跌落幅度小于0.5 %的要求。

　　本文着重分析了影响脉冲电源主要参数的因素及解决方法，最后给出采用厚膜混合集成技术制作的28V输入，15V/15W输出可程控调制脉冲电源模块的实测参数。

　　1 脉冲电源参数要求

　　本文介绍的脉冲电源，要求达到下面主要设计指标：

　　输入标称电压Vin： 28V

　　输入电压范围Vin： 16V～40V

　　高电平输出电压VOH： 15V±1%

　　高电平输出电流IOH： 1A

　　调制频率fs： 100Hz～50kHz

　　占空比D： 30%

　　脉冲跌落幅度SVO： ≤75mV

　　导通延迟时间tf： ≤1µs

　　关断延迟时间tl： ≤1µs

　　2 电源整体方案

　　一般开关电源启动延迟时间为ms级，所以直接控制电源的On/Off端无法实现ns级上升沿的脉冲输出。为满足设计指标要求，采取开关电源及次级调制方式，原理框图见图1。

　　从框图1可以看出，电源采用常用的单端正激拓扑结构。单端正激开关电源为采用中小功率开关电源电路，其设计方法已经成熟，这里不再赘述。

　　开关电源启动后始终处于工作状态，输出脉冲由输出调制电路控制MOS管Q2的导通和关断来实现。由于调制和MOS管驱动总延迟时间可以设计在ns级，所以可以满足脉冲的导通及关断时间小于1µs。

　　3 输出脉冲电压跌落系数设计

　　理想的脉冲电源，在满负载情况下，脉冲输出时应该迅速达到要求输出电压。然而，脉冲输出对电源来说相当快速的进行空载——满载——空载——满载切换。由于几乎所有开关电源都有一个特性：即空载——满载切换时，输出电压会跌落一定幅度再恢复到额定电压;而满载——空载切换时，输出电压会上冲一定幅度再恢复到额定电压，这是因为开关电源输出电压的稳定，是靠输出电压变化采样——误差比较放大——脉宽调制——稳定输出电压来完成的。整个过程需要的时间是造成负载瞬变特性的原因。该特性用负载瞬变输出电压变化量(VLT)和负载瞬变时输出电压的恢复时间(tLT)来表示。一般来说，负载瞬变输出电压变化量(VLT)在输出电压的5%～8%之间，负载瞬变时输出电压的恢复时间(tLT)小于100µs已经是性能不错的开关电源了。

　　开关电源负载瞬变特性的存在，对于脉冲输出来说，却是一个不可忽视的重要指标。

　　图2反映了电源负载瞬变特性对脉冲输出的影响。由于电源负载瞬变特性的存在，在脉冲输出时，由于-VLT的存在，会导致VPo不能及时上升到标称输出电压幅度。该输出电压与标称输出电压之差定义为脉冲电压幅度SVO。工程设计中如何计算选择器件参数使之满足设计指标要求，是本文探讨的主要内容。