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可自检和自动切换的双路可调电源模块

发布时间:2019-08-15 15:37:21

  作者:毛国华,薛长生,王 波

  摘要 介绍了适用于航空技术,并具有自检功能、可自动切换的双路可调模块的设计方案和其用途、工作条件。分析了电路组成、工作原理、关键元器件的选取及结构设计要求。同时对外型结构和技术难点上的问题给出了解决方案。实验证明,该产品应用于飞机舱灯电源控制系统,具有易散热、方便安装、输出稳定可靠,引出端子规格标准、通用。且电滤波具有抗电磁辐射干扰,各路输出闭环稳压控制,使输出稳定、便于使用。

  具有自检功能且可自动切换的双路可调电源模块,用于机舱控制系统。两路可调输出电压能完成自检功能,当一路出现故障后可自动切换至另一路。

  (1)产品的主要技术指标如下:输入电源电压为16~40 V;输出电压电流为+1 .1~20 V/ A;电源调整率为 100 mV;负载调整率为 250 mV;输出纹波噪声(峰-峰值)全部额定状态下为 200 mV;输出最大功率为 60 W;效率为 80%;绝缘电阻为 20 M 。

  (2)产品环境条件:主体外形尺寸为14 mm 128 mm 2 mm;外壳工作温度范围为-55~+85 ℃;存储温度范围为-55~+125 ℃;全金属壳封。

  ( )其他要求:引出端采用J18BW96T型插头,在每路设有过、欠压和过流保护。

  1 研制过程

  设计主要依据技术协议书和SJ20668 1998《微电路模块总规范》。

  1.1 电路组成及工作原理

  该电源模块的基本电路原理如图1所示,它由两路正激式直流变换器组成。每块分别采用UC公司的脉宽调制器组成振荡电路控制MOS场效应管,经变压、整流、稳压、滤波、输出,取样反馈电路为主控的+20.4 V输出回路,并通过D2二极管输出。同时D2二极管输出稳压跟踪由取样、放大和调整电路组成,分别并联控制U101和U102的反馈端,并且电位器可调输出(+1 .1~20 V)。主控输出的D10 、V104、U105等组成欠压关闭电路控制U102脉宽调制器的输出,当该回路的主控输出出现故障,另一路开始输出。D102、R12 和U104组成主输出的过压保护电路,D202、R22 和U204组成从输出的过压保护电路,V1、V2、D 、D4、D5和D8等组成过、欠压故障指示。考虑到体积、效率以及干扰的影响,电路的开关工作频率为200 kHz,电路内各开关点设有RC尖峰吸收络和抗电磁干扰的电滤波,各路输出均设有过流保护和软启动电路,以提高电路的可靠性。图1为其电原理图。

  1.2 关键元器件的选取

  (1)该电路输入电压范围瞬问最高达到40 V,所以要求输入电容、供电j极管、MOS场效应管耐压较高,由此选电容耐压 100 V,三极管开关特性好。另外该电路开关频率较高,故选取高压MOS场效应管作为主回路开关管。

  (2)片电容均选用温度特性稳定的高频电容NPO,大容量的滤波电容选用超陶(镍电极)、独石电容。且均为片式元件,以排除引线带来的干扰,更好地降低输出纹波。

  ( )片电阻的选择:该电路的大多片电阻均为高精度电阻,尤其是用以取样比较、驱动、防自激震荡和释放电阻,所以除了要考虑合理热设计布局以外,还需考虑留有余位,便于调试修正。

  (4)二极管的选择:输出整流开关二极管既要保证高频特性好,又要求正向压降低,故选择大功率肖特基管。供电回路中稳压二极管选择玻璃钝化1 W管,高电压开关管和分路供电二极管则选用1 N4148来保证其良好的开关特性。

  1. 结构设计及可靠性要求

  该产品为飞机用品,要求体积小、重量轻、散热快。依据以上特点,选用了合金铝材作为壳体,且侧壁厚加工成8 mm的M型铝条,以减小热阻。前、后面板由4个螺钉安装在铝条的端头处,便于插座脚的对外引出。壳体盖板用2 mm厚的铝板螺钉紧固,便于模块的安装调试和维护拆卸,同时增强壳体的抗形变能力。

  理论以整机的最高使用环境温度为基准;电路环境为飞机座舱环境。按照《国家军用标准可靠性Ⅲ》可靠性预计理论计算,平均故障间隔时间为5.460 6 104小时。

  该产品经例行试验(标志耐久性、可焊性、引出端强度、温度循环、稳态湿热、扫频振动、机械冲击及稳态寿命等试验)全部合格,证明产品的可靠性达到标准要求,同时满足了用户需求。

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