CN103647464A - 高压中频ac/dc变换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压中频AC/DC变换系统，旨在解决当前高压中频AC/DC变换系统在整流中存在涡流损耗、输出稳态电压存在差异、输出电压不稳定的技术问题，该系统包括输入整流滤波电路、功率变换电路、输出整流滤波电路、驱动电路、控制电路，所述功率变换电路包括功率变压器、与所述功率变压器的输入端连接的移相全桥电路；所述输出整流滤波电路的输入端连接于功率变压器，其输出端连接于所述控制电路，所述输入整流滤波电路的输出端、驱动电路的输出端均经由该移相全桥电路对应连接于所述功率变压器，本发明在整个电路工作中不产生泄流、相对于现有的AC/DC变换系统可以更好的减少涡流损耗且输出电压更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种AC/DC变换系统，尤其涉及一种用于飞行器上的高压中频AC/DC变换系统。
背景技术
目前，在飞行器供电体制中多采用的是28V低压直流供电系统，提供该直流电压的主电源大多采用永磁交流发电机，该发电机输出的电压线上的电压多为几百伏三相交流电，其电流的频率为几千赫兹，采用以上的电压及电流不能直接的为飞行器上的设备供电，为了解决以上问题，相关技术人员设计出了专用于以上飞行器的AC/DC变换系统，在现有系统中采用高压中频AC/DC变换模块将交流电转换为28.5V直流电，同发电机一起构成飞行器供电主电源系统。并结合飞行器的空间小、重量轻要求，高压中频AC/DC变换系统的体积、重量应尽可能小以满足飞行器的需求。
在目前的AC/DC电源变换系统设计中通常采用以下两种变换系统的方式：
第一种是将输入的电压通过中频变压器变压后再经可控硅整流滤波后直接输出28.5V的直流电压，或经变压整流后输入到斩波电路中进行降压稳压，然后输出28.5V直流电；其原理框图见图5。采用该方案由于输入电压频率有几千赫兹，使得变压器体积较大，即使设计上磁性材料采用DJ0.05的硅钢片，并充分利用硅钢的高饱和磁密特性，同时采用薄型硅钢片以减小产生的涡流损耗，其变压器的体积也很大且还会存在一定量的涡流损耗，在飞行器上使用还将会增加机身的重量。
第二种方案是先对发电机输出的三相交流线电压进行整流、滤波，使其变成含有一定脉动成分的直流电压，再由DC/DC电源模块将脉动的直流电压变换成飞行器上设备所需的平滑的直流电压，其原理框图见图6。采用该方案的电路结构也很简单，但由于DC/DC模块输出功率较小，需将多只小功率的DC/DC模块并联后输出28.5V直流电，体积较大，且不同的DC/DC模块输出稳态电压存在差异，容易导致部分模块空载，部分模块过载的情况，过载模块容易损坏，降低了整个产品的可靠性。
以上两中方案在实际使用中还存在在电路系统中缺少对输出的电压进行检测且未对该系统中的电路保护的保护电路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种高压中频AC/DC变换系统，旨在解决当前高压中频AC/DC变换系统在整流中存在涡流损耗、输出稳态电压存在差异、输出电压不稳定、缺少保护电路、相关系统模块体积较大的技术问题。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：
设计一种高压中频AC/DC变换系统，包括输入整流滤波电路、功率变换电路、输出整流滤波电路、用于驱动VMOS管导通的驱动电路、控制电路，所述功率变换电路包括功率变压器、与所述功率变压器的输入端连接的移相全桥电路；所述输出整流滤波电路的输入端连接于所述功率变压器，其输出端连接于所述控制电路，所述输入整流滤波电路的输出端、驱动电路的输出端均经由该移相全桥电路对应连接于所述功率变压器。
所述移相全桥电路包括超前臂电路、与所述超前臂电路对应连接的滞后臂电路，在所述超前臂电路及滞后臂电路中的四个VMOS管的栅极与源极之间各连接有一电阻，所述功率变压器的输入端分别对应连接于所述VMOS管Q1与VMOS管Q3的源极。
所述控制电路为脉宽调制式控制电路，所述控制电路包括UCC1895移相PWM控制器。
所述控制电路的输出端对应连接与所述驱动电路。
作为本发明的进一步改进，该系统还包括用于供电且与所述移相全桥电路、驱动电路、控制电路均对应连接的辅助电源电路。
作为本发明的进一步改进，该系统还包括由一个比较器组成的门限限压保护电路，所述门限限压保护电路的输入端连接于所述输出整流滤波输出端，其输出端对应连接于所述控制电路。
所述VMOS管为P沟道型VMOS管。
本发明的有益效果在于：
1.本发明在整流滤波电路后与功率变压器前接入移相全桥电路，使得整个电路在工作中不容易产生泄流、相对于现有的AC/DC变换系统可以更好的减少涡流损耗且对电压具有较好的稳定作用。
2.本发明在原有移相全桥电路中的VMOS管上继续使用与其相应的电阻可以吸收流经该移相全桥电路电流中的高电压或对电压的输出与稳定具有重要的作用。
3.本发明继续使用针对该移相全桥电路的脉宽调制式控制电路，通过改变导通角可控制输出电压的大小，配合零电压开关工作以实现在高频时的局部软开关性能，可以使稳压环路获得较好的静、动态性能，对该电路系统的输出电压的大小具有调节及稳定的作用。
4.本发明进一步使用驱动电路采集输出电压的大小直接驱动VMOS管的导通，可以不受其他外围电路的影响。
5.本发明使用独立的辅助电源电路对PWM控制器、驱动控制模块和比较器供电，以保证以上模块或器件具有更适合的工作电压。
6.作文本发明的进一步改进，使用限压保护电路可以进一步避免因输出电压的国高对该电路的烧毁。
7.本发明除具有以上优点外，还具有结构简单，其制成的相关产品体积小、重量轻，制作成本低等优点。
附图说明
图1为本发明电路系统流程示意图。
图2为本发明系统中功率变换电路及输出整流滤波电路连接示意图。
图3为本发明系统中控制电路及电压保护电路连接示意图。
图4为本发明系统中VMOS管导通时序示意图。
图5为第一种现有AC/DC变换系统电路流程示意图。
图6为第二种现有AC/DC变换系统电路流程示意图。
图中：1.超前臂电路；2.滞后臂电路；3.输出整流滤波电路；4.控制电路；5.门限限压保护电路。
具体实施方式
实施列：一种高压中频AC/DC变换系统，参见图1、图2、图3、图4；该系统包括输入整流滤波电路、功率变换电路、输出整流滤波电路、驱动电路、控制电路，所述功率变换电路包括功率变压器T1、与所述功率变压器T1的输入端连接的移相全桥电路；所述输出整流滤波电路3的输入端连接于所述功率变压器T1，其输出端连接于所述控制电路4，所述输入整流滤波电路3的输出端、驱动电路的输出端均经由该移相全桥电路对应连接于所述功率变压器T1。
所述移相全桥电路包括超前臂电路1、与所述超前臂电路1对应连接的滞后臂电路2，在所述超前臂电路1及滞后臂电路2中的四个VMOS管的栅极与源极之间各连接有一电阻R1、R2、R3、R4，所述功率变压器T1的输入端分别对应连接于所述VMOS管Q1与VMOS管Q3的源极。
所述控制电路4为脉宽调制式控制电路，所述控制电路4包括UCC1895移相PWM控制器。
所述控制电路4的输出端对应连接与所述驱动电路。
作为本发明的进一步改进，该系统还包括用于供电且与所述移相全桥电路、驱动电路、控制电路均对应连接的辅助电源电路.
作为本发明的进一步改进，该系统还包括由一个比较器组成的门限限压保护电路5，所述门限限压保护电路5的输入端连接于所述输出整流滤波3输出端，其输出端对应连接于所述控制电路3。
所述VMOS管为P沟道型VMOS管。
在本发明中高压中频AC/DC变换系统中的输入整流滤波电路为桥式整流电路，其将输入的交流电压整流为1.4倍左右的直流电压。输出整流滤波电路中的滤波电路对整流后的脉动电压进行滤波，最终得到幅度随输入电压变化的、脉动成分较小的直流电压。
该系统中的功率变换电路主要有由移相全桥电路和功率变压器T1组成，其中移相全桥电路是四只VMOS管组成的“H”桥电路且工作于移相方式，其将直流电压逆变为调宽波电压后输入到功率变压器中，由功率变压器T1对该电压进行降压和隔离。
该系统中的输出整流滤波电路3主要是用来将功率变压器副边的交流方波电压进行整流和滤波，最终得到28.5V的直流电压，其中的整流电路为倍流整流滤波电路，其中的滤波电路为LC滤波电路。
该系统中的控制电路4采用UCC1895移相PWM控制器，其适合于移相全桥电路，其中的应用电路的控制时序及VMOS管导通如图4；图中输出信号OUTA和OUTB轮流导通，各导通180°电角度；OUTC和OUTD轮流导通，各导通180°电角度。OUTA和OUTD驱动一个对角VMOS管，即 Q1与Q4或Q2与Q3，采用不同时导通方式，亦即OUTA先导通，OUTD后导通，两者导通相差α电角度，其输出电压的调宽波与导通角α有关，通过改变导通角可控制输出电压的大小，再配合零电压开关工作以实现在高频时的局部软开关性能。该系统中的稳压控制方式采用比例-积分-微分（PID）进行调节，通过综合调节比例（P）、积分（I）、微分（D）的权重，可以使稳压环路获得较好的静、动态性能。在开机后，在软启动电容的作用下控制电路UCC1895输出信号的导通角α逐渐增大，功率变换电路的输出电压也逐渐升高，直至达到设定的输出电压。当输出电压超过设定值时，即反馈电压降超过PID调节器的参考电压时，PID输出电压升高，输出信号的导通角α变小，功率变换电路的输出电压降低，直至稳压：反之，当输出电压低于设定值时，反馈电压将低于PID调节器的参考电压，PID输出电压降低，输出信号的导通角α增大，变换器的输出电压随之升高，直至稳压，以此循环可实现输出稳压的作用。
该系统中的驱动电路采用驱动块MIC4420YN加隔离变压器组成驱动电路，以驱动VMOS管的导通。
该系统中的辅助电源电主要为PWM控制器，以实现为驱动控制模块和比较器供电。
该系统中的门限限压保护电路5采用比较器组成的一个门限电路，当输出电压超过限压保护门限值时输出保护信号，对输出电压进行限压保护。当稳压环路发生故障使输出电压超过保护值时，限压保护电路输出保护信号，该信号加到UCC1895的保护端，UCC1895控制并关闭关闭UCC1895的相应端口输出，使输出电压下降；当输出电压下降到保护值以下时，UCC1895恢复输出，如此形成间歇式保护，相当于形成第二个反馈环路，通过这个环路的控制作用将输出电压限制在规定的范围内。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1. 一种高压中频AC/DC变换系统，包括输入整流滤波电路、功率变换电路、输出整流滤波电路、用于驱动VMOS管导通的驱动电路、控制电路，其特征是：所述功率变换电路包括功率变压器、与所述功率变压器的输入端连接的移相全桥电路；所述输出整流滤波电路的输入端连接于所述功率变压器，其输出端连接于所述控制电路，所述输入整流滤波电路的输出端、驱动电路的输出端均经由该移相全桥电路对应连接于所述功率变压器。
2.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：所述移相全桥电路包括超前臂电路、与所述超前臂电路对应连接的滞后臂电路，在所述超前臂电路及滞后臂电路中的四个VMOS管的栅极与源极之间均各连接有一电阻，所述功率变压器的输入端分别对应连接于所述VMOS管Q1与VMOS管Q3的源极。
3.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：所述控制电路为脉宽调制式控制电路，所述控制电路包括UCC1895移相PWM控制器。
4.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：所述控制电路的输出端对应连接与所述驱动电路。
5.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：该系统还包括用于供电且与所述移相全桥电路、驱动电路、控制电路均对应连接的辅助电源电路。
6.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：该系统还包括由一个比较器组成的门限限压保护电路，所述门限限压保护电路的输入端连接于所述输出整流滤波输出端，其输出端对应连接于所述控制电路。
7.如权利要求1所述的高压中频AC/DC变换系统，其特征是：所述VMOS管为P沟道型VMOS管。
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