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一种可程控调制脉冲电源模块的研制

发布时间:2020-07-21 17:35:37 阅读: 来源:白酒厂家

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

本文引用地址: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。

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