军用混合集成DC/DC变换器

1引言
   
　　随着航天航空等电子工程系统小型化技术的发展，整机电源供电系统开始采用由混合集成DC/DC电源变换器构成的分布式供电设计方案，取代传统的由分立元器件组成的电源集中供电方式。军用混合集成DC/DC电源变换器以其体积小、重量轻、功率密度高、效率高、可靠性高等特点，被广泛用于军事电子控制系统。双路输出是DC/DC电源变换器常有的输出形式，通常，其输出有主副路之分，对双路输出的每路1有一定的要求，诸如双路输出负载平衡或副路加载时主路不能空载等要求，即存在所谓的交叉调整率问题，使双路输出DC/DC变换器的使用受到限制。而在一些特定的场合，要求DC/DC变换器双路输出没有主副路之分，相互独立输出。本文主要介绍低纹波双路输出DC/DC电源变换器的设计思想、实现方法及研究结果。
2方案设计
   
　　根据双路独立输出的特殊要求，经过对双路输出DC/DC变换器拓扑进行深入分析研究，确定实现双路独立输出DC/DC变换器的电路方案。实现双路输出DC/DC变换器有以下4种电路方案，它们的电原理框图分别如图1、图2、图3、图4所示。

图1     方案1的电原理框图　

图2     方案2的电原理框图

图3      方案3的电原理框图

图4     方案4的电原理框图

    方案1是1路输出采用反馈实现稳压，另1路采用后稳压的电路拓扑结构；方案2是两路输出均采用后稳压的电路拓扑结构；方案3是两路输出的差值采样，经光耦隔离反馈，实现两路输出稳压的电路拓扑结构；方案4是两路输出的差值采样，经变压器隔离反馈，实现两路输出稳压的电路拓扑结构。{{分页}}
   
　　这4种方案的高频变压器输入侧部分电路形式基本相同，所不同的是输出反馈方式和路径。表1为4种方案的特点对比，从中可知方案2具有双路独立输出、交叉调整率为零的特点。

表1     4种方案的特点对比

3电路设计

3.1方案2的设计特点

    方案2采用UC1825A双端输出PWM控制电路，功率开关采用双端推挽结构，输入滤波采用π型滤波器，启动电路采用串联线性稳压电路向UC1825A供电。在高频变压器输入侧把高频变压器的1路输出绕组整流滤波作为辅助电源，切换启动电路向UC1825A供电，辅助电源同时作为预稳压电路反馈到UC1825A控制电路的误差电压控制端，控制UC1825A的输出脉冲宽度，构成UC1825A、功率开关、高频变压器、辅助电源及预稳压电路的闭环控制回路，实现辅助电源的稳压控制，从而实现输入电压Vi变化时正负双路输出的预稳压控制。正负两路输出均采用全波整流、两级LC滤波，并分别采用1个串联线性稳压器，实现负载变化时低纹波输出电压的稳压控制。
   
　　方案2是自主设计开发的，国内外目前尚未见到此种DC/DC变换器设计方案的报道。

3.2控制回路设计

    在高频变压器输入侧增设1个次级绕组，该次级绕组电压经整流滤波后，取样反馈到UC1825A控制电路误差放大器的反相输入端，构成闭环控制回路，使输入电压变化时该次级绕组电压稳定不变。

    闭环控制回路的稳定性是整个DC/DC变换器系统正常工作必不可少的条件。由于存在滤波电感、电容相移环节，经过取样、放大、比较、脉宽调制后，就会在某个频率上满足回路增益A>1、正反馈的条件，造成闭环回路的不稳定。因此必须加入适当的校正环节，使闭环回路稳定工作。图5为在误差放大器的输入端加入校正网络，在误差放大器输入、输出之间加入校正网络构成比例积分有源校正电路的等效闭环回路。

图5    等效闭环控制回路

    图6为闭环回路的幅频、相频特性示意图。由此图可知，在低频段，环路增益较高，有利于降低稳态误差，在高频段，环路增益降低，回路有充分的相位余量，有利于闭环回路稳定工作。闭环回路的相位余量为100