CN101083434A - 高性能隔离启动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能隔离启动电路，它采用后置隔离启动+后置脉宽调制控制方式，线路简捷，元器件用量少；输入电压适应性强，可适用于各种航天器母线电压；温度适应性宽(－60℃～+150℃)；电性能良好；稳定性强，极适合于厚膜工艺批量生产的要求。本发明可应用到任何需要隔离启动的DC/DC电源中，是实现高稳定高性能航天器用厚膜DC/DC模块电源的保障。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路，特别是一种用于DC/DC模块电源的高性能隔离启动电路。
背景技术
在航天领域，作为二次电源变换器的DC/DC模块电源是各航天器最基础的部件产品，在航天器上起着至关重要的作用。航天器能源系统主要由一次电源、配电器及二次电源组成。一次电源主要有太阳能电池阵、蓄电池组联合电源、化学电源、核电源等，二次电源就是DC/DC模块电源。DC/DC模块电源的功能是：卫星、飞船等各类航天器在地面测试和在轨运行的各阶段，将航天器的一次母线电压变换成星上各分系统及设备所需电压，提供星上电子设备使用。
无论是国外还是国内DC/DC电源线路的设计，就隔离方式来讲可归结为两种最基本的形式：前置启动+前置脉宽调制(PWM)控制和后置隔离启动+后置脉宽调制(PWM)控制。
现有的DC/DC电源设计大多采用前置启动+前置PWM控制方式，后级以开关形式将采样比较的误差信号通过光电耦合器件隔离传输到前级脉宽调制(PWM)电路进行脉冲宽度的调节，进而实现整体DC/DC电源稳压控制。而此类电源产品的最大弱点是抗辐照能力差(实验证明光电耦合器件即使进行了抗辐照加固其抗辐照总剂量也不会大于2X104Rad(Si))，不适合航天器长寿命应用。
发明内容本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种高性能隔离启动电路，它采用后置隔离启动+后置脉宽调制(PWM)控制方式，控制环路简捷，相位裕度大，元器件用量少，负载瞬态及输入瞬态特性好。
本发明的目的是这样实现的：
一种高性能隔离启动电路，特点是该电路由变压器、电容、电阻、二极管、三极管组成，其具体形式为：变压器T1引脚1接电容C4、电阻R5、电容C2一端、输入VCC；电容C2另一端接电阻R1一端、输入VSS、接地；电阻R1另一端接电容C1一端、功率管VQ1发射极；功率管VQ1基极接电阻R2、R3一端、二极管VD3引脚2；电阻R3另一端接电阻R5、电容C4另一端；变压器T1引脚2接电容C1另一端、功率管VQ1集电极；变压器T1引脚3接电阻R4一端、二极管VD2负极；二极管VD2正极接电容C6、电阻R6一端、二极管VD3引脚1；变压器T1引脚4接电容C6、电阻R6另一端、接地；变压器T1引脚5接二极管VD1正极；二极管VD1负极接电容C3一端、输出+VOUT；变压器T1引脚6接电容C3另一端、输出地GND。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)、线路简捷，元器件用量少；
2)、输入电压适应性强，(可适用于各种航天器母线电压)；
3)、温度适应性宽(-60℃～+150℃)；
4)、电性能良好(完全适应于各类后置PWM集成电路的供电要求)；
5)、稳定性强，极适合于厚膜工艺批量生产的要求。
附图说明
附图为本发明电路原理图
具体实施方式
现行航天器的输入母线电压分为三大类：
1)、28V(15V～50V)母线系列；
2)、42V(20V～45V)母线系列；
3)、100V(70V～130V)母线系列。
本发明可满足现行航天器的所有输入母线电压要求，并可通过改变下列元器件参数值来适应上述三类母线电压：
1)、改变变压器T1各级绕组的匝数；
2)、选择自激斩波功率管VQ1型号(主要是Vc-e击穿电压)；
3)、改变电容C1、C2、C4、电阻R3、R5参数。
参阅附图，结合附图祥述各功能块元器件组成及作用：
1)、功能块1——输入滤波
元器件组成：电容C2
作用：
a、滤除一次输入母线(28V、42V、100V)对电源内部的电压/电流噪声；
b、滤除电源内部对一次输入母线和主功率变换器的电压/电流噪声，减小交叉调制。
2)、功能块2——启动电路
元器件组成： 电阻R3、R5、电容C4，其中电容C4是启动加速电容，可以有效减少静态电流和改善低温启动特性。
作用：给自激斩波功率管VQ1提供瞬时开启电流。
3)、功能块3——自激斩波功率变换
元器件组成：功率管VQ1、变压器T1、电容C1，其中电容C1起到缓冲振荡波形和减小功率管VQ1应力的目的。
作用：利于功率管VQ1将输入直流电压斩波成高频方波，同时通过主变压器T1将能量传输到输出级。
4)、功能块4——脉宽调整和稳压
元器件组成：二极管VD2、VD3、电阻R6、电容C6和主变压器T1的3～4绕组。
作用：利用调解功率管VQ1的导通脉冲宽度来稳定输出电压，从而达到输出稳压的目的。
5)、功能块5——启动和加速启动
元器件组成：电容R2、R4、电容C5和主变压器T1的3～4绕组，其中电容C5是加速电容。
作用：周期的启动功率管VQ1使其导通和截止。
6)、功能块6——输出整流滤波
元器件组成：二极管VD1、电容C3。
作用：将主变压器T1的5～6绕组的交流方波整流滤波成为直流输出电压。
本发明的技术指标如表1所示：
表1
| 序号 | 项目 | 28V母线输入电压范围 | 42V母线输入电压范围 | 100V母线输入电压范围 |
| 1 | 输入电压范围 | 15V～50V | 20V～45V | 70V～130V |
| 2 | 输出功率(注1) | ≮1W | ||
| 3 | 输出电压(注2) | 10V | ||
| 4 | 电压调整率 | ≯1％ | ||
| 5 | 电流调整率 | ≯2％ | ||
| 6 | 效率 | ≮60％ | ||
| 7 | 工作频率(注3) | 200Khz～500Khz | ||
| 8 | 输出电压稳定度 | ≯3％ | ||
| 9 | 输出电压精度 | ≯2％ | ||
| 10 | 输出电压噪声 | ≯60mVp-p |
| 11 | 启动时间 | ≯10mS |
| 12 | 工作温度范围 | -60℃～+150℃ |
| 13 | 抗辐照总剂量 | ≮2X105Rad(Si) |
注1：为后置PWM集成电路提供工作电压/电流，不小于1W的输出功率足够使用。
注2：为了保证后置PWM集成电路正常的启动和工作，同时为了保证后置PWM集成电路和功率场效应管栅-源电压满足一级降额的要求，故确定输出电压为10V最好。
注3：工作频率主要是通过改变主变压器各级绕组的匝数来实现。
Claims (1)
1、一种高性能隔离启动电路，其特征在于电路由变压器、电容、电阻、二极管、功率管组成，其具体形式为：变压器T1引脚1接电容C4、电阻R5、电容C2一端、输入VCC；电容C2另一端接电阻R1一端、输入VSS、接地；电阻R1另一端接电容C1一端、功率管VQ1发射极；功率管VQ1基极接电阻R2、R3一端、二极管VD3引脚2；电阻R3另一端接电阻R5、电容C4另一端；变压器T1引脚2接电容C1另一端、功率管VQ1集电极；变压器T1引脚3接电阻R4一端、二极管VD2负极；二极管VD2正极接电容C6、电阻R6一端、二极管VD3引脚1；变压器T1引脚4接电容C6、电阻R6另一端、接地；变压器T1引脚5接二极管VD1正极；二极管VD1负极接电容C3一端、输出+VOUT；变压器T1引脚6接电容C3另一端、输出地GND。
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|---|---|---|---|---|
| CN103457579A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-18 | 重庆宇通系统软件有限公司 | 弱电信号处理系统 |
| CN105141120A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-09 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种磁隔离开机电路 |
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