CN211701856U - 一种可抑制8v至80v宽范围输入的高效率机载电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，包括输入电压Vin、升压电路、电压反馈电路、PWM（脉宽调制）控制电路和固定变比模块，所述输入电压Vin通过升压电路将电压稳定在Vbus；所述固定变比模块包括固定变比模块1、2至N，固定变比模块1、2至N的输入输出相互并联，输入端连接在Vbus上，输出连接至共同的输出电容Co上，并获得输出电压Vo。其具有高效率高功率密度，能够适应国军标181A规定的飞机电气系统中直流28V输入供电电源需满足能够承受输入跌落到8V或输入达到80V浪涌的各50mS恶劣瞬态过程，而在电源环境下要求输出电源不间断要求，且具有电路结构简单、干扰小等优点。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及高频开关电源技术领域，尤其涉及一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源。
背景技术
国军标181A规定了飞机电气系统中直流28V输入供电电源需满足能够承受输入跌落到8V或输入达到80V浪涌的各50mS恶劣瞬态过程，而在电源环境下要求输出电源不间断。一般常用开关电源能实现最高输入电压是最低输入电压的4到5倍。但国军标181A的要求，最高输入电压需要是最低输入电压的10倍，直接靠常用开关电源去承受是很困难的，如果让主要半导体功率器件能承受住80V的最高输入，器件需要留很大的裕量，在28V的正常工作状态下往往效率很低，从而影响电源功率密度的提升。
飞机的载荷量是一个非常重要的指标，飞机上的所有设备都被要求尽量小型化，轻量化，以降低飞机的自身重量，增加载荷量。机载电源的体积和重量是衡量的一个重要指标，如何提高机载电源的功率重量比和功率体积比，给开关电源的设计提出了诸多课题。
提高功率密度，一般需要同步提升电源的转换效率，否则散热的问题会增加额外的体积和重量。提高功率密度的一个技术思路是模块化设计，如果将开关电源做成输入输出固定变比的模块电源，电源的功率密度和效率都可以做到相当高的水平。而想要利用固定变比的模块电源必须先要解决它输入最高电压是最低输入电压的10倍的难题。
机载电源还需解决的一个问题是EMC的问题，特别是电源自身的抗电磁干扰能力。电源的设计必须简单可靠，尽量减少模块之间的相互关联，以适应飞机上强电磁干扰环境的影响，这也是机载电源设计需要考虑的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种机载电源，包括输入电压Vin、升压电路、电压反馈电路、PWM（脉宽调制）控制电路和固定变比模块，所述输入电压Vin通过升压电路将电压稳定在Vbus；所述固定变比模块包括固定变比模块1、2至N，固定变比模块1、2至N的输入输出相互并联，输入端连接在Vbus上，输出连接至共同的输出电容Co上，并获得输出电压Vo。
所述升压电路由两个自耦电感L1、L2、三个开关管S1、S2、S3、两个二极管D1、D2和一个母线电容C1构成，其中：
输入Vin正极、自耦电感L1的第一端、自耦电感L2的第一端和S3的漏极相连；输入Vin负极、开关管S1的源极、开关管S2的源极、母线电容C1的负端和母线Vbus负端相连；自耦电感L1的中间抽头、开关管S1的漏极相连；自耦电感L2的中间抽头、开关管S2的漏极相连；自耦电感L1的第二端、二极管D1阳极相连；自耦电感L2的第二端、二极管D2阳极相连；二极管D1阴极、二极管D2阴极、开关管S3的源极、母线电容C1的正端和母线Vbus正端相连。
所述电压反馈电路第一端连接Vbus的正负端，电压反馈电路第二端连接PWM（脉宽调制）电路的第一端，PWM（脉宽调制）电路的第二端分别接开关管S1、开关管S2的栅极T1、T2。
优选的，所述输出电压Vo≈Vbus/n，n为固定变比模块的变比，而固定变比模块的数量视输出功率和单个模块的功率而定，N＝5-20。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，将机载电源分为两级，第一级将低于Vbus稳压值的输入直流升压至Vbus稳压值，并实现对输出电压的调控，输入大于Vbus稳压值且低于80V的输入直流直接由输入接入固定变比模块；第二级将前级电压通过固定变比模块进行升降压并实现隔离，第一级升压电路采用不隔离的电路拓扑，简化电路，易于对电压进行集中控制，合理的设计可获得98-99％的转换效率；第二级通过一个固定占空比，不调整的直流变换器来实现固定变比的升降压，由于占空比固定于变换器效率最优的状态，可以实现变换器的效率最优化，结合模块化的设计，转换效率可以达到97-98％，可以实现整机96％-97％的转换效率；第二级为固定占空比的变换器，可以将模块直接并联，依靠各个模块的内阻达到均流效果，模块化的设计也使得这级的功率密度远高于一般的直流转直流变换器，具有高效率高功率密度，且结构简单等优点。
附图说明
图1为本发明的机载电源电路框图。
图2为本发明的降压电路的工作波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，作为本发明的一种实施方式：一种机载电源，包括输入电压Vin、升压电路、电压反馈电路、PWM（脉宽调制）控制电路和固定变比模块，所述输入电压Vin通过升压电路将电压稳定在Vbus；所述固定变比模块包括固定变比模块1、2至N，固定变比模块1、2至N的输入输出相互并联，输入端连接在Vbus上，输出连接至共同的输出电容Co上，并获得输出电压Vo。
所述升压电路由两个自耦电感L1、L2、三个开关管S1、S2、S3、两个二极管D1、D2和一个母线电容C1构成，其中：
输入Vin正极、自耦电感L1的第一端、自耦电感L2的第一端和开关管S3漏极相连；输入Vin负极、开关管S1的源极、开关管S2的源极、母线电容C1的负端和母线Vbus负端相连；自耦电感L1的中间抽头、开关管S1的漏极相连；自耦电感L2的中间抽头、开关管S2的漏极相连；自耦电感L1的第二端、二极管D1阳极相连；自耦电感L2的第二端、二极管D2阳极相连；二极管D1阴极、二极管D2阴极、开关管S3的源极、母线电容C1的正端和母线Vbus正端相连。
所述电压反馈电路第一端连接Vbus的正负端，电压反馈电路第二端连接PWM（脉宽调制）电路的第一端，PWM（脉宽调制）电路的第二端分别接开关管S1、开关管S2的栅极T1、T2。
反馈控制电路从Vbus的正负端采样信号，经过适当的控制逻辑，得到反馈控制信号VFB，VFB进入PWM控制电路，得到占空比信号T1、T2，这个信号再接至S1、S2的门极，控制S1、S2的导通和关断，从而实现对Vbus电压的闭环控制；S1、S2的源极直接连接在Vin-，PWM控制电路的输出也以Vin-为参考地，可以直接用共地的驱动芯片推动S1、S2，反馈控制电路也以Vin-为参考地，不需要电压隔离器件，电路简单，稳定可靠，抗干扰能力强。
开关管 S1 使用驱动信号 1，开关管 S2 使用驱动信号 2，开关管 S3 使用驱动信号 3。如图 2所示，驱动信号1 和驱动信号 2 互补，驱动信号 1 和驱动信号2交错半个周期导通。输入电压小于Vbus稳压值时，开关管S3关闭，输入电压大于等于Vbus稳压值时，开关管S3导通。
本发明所述电源，针对国军标181A规定的飞机电气系统中直流28V输入供电电源需满足能够承受输入跌落到8V或输入达到80V浪涌的各50mS恶劣瞬态过程，而在电源环境下要求输出电源不间断的要求。因此机载电源需要对低压直流进行升压，稳压并完成电气隔离的功能，为了实现整机的高功率密度以及高效率要求，本方案将机载电源分为两级，第一级将低于Vbus稳压值的输入直流升压至Vbus稳压值，并实现对输出电压的调控，输入大于Vbus稳压值且低于80V的输入直流直接由输入接入固定变比模块；第二级将80V的电压通过固定变比模块进行升降压并实现隔离；第一级升压电路采用不隔离的电路拓扑，简化电路，易于对电压进行集中控制，将升压电路的效率做到最优，合理的设计可获得98-99％的转换效率；第二级通过一个固定占空比，不调整的直流变换器来实现固定变比的降压，由于占空比固定于变换器效率最优的状态，可以实现变换器的效率最优化，结合模块化的设计，转换效率可以达到97-98％，可以实现整机96％-97％的转换效率；第二级为固定占空比的变换器，可以将模块直接并联，依靠各个模块的内阻达到均流效果，模块化的设计也使得这级的功率密度远高于一般的直流转直流变换器，具有高效率高功率密度，能够适应较宽输入电压变化，且结构简单等优点。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，其特征在于：包括输入电压Vin、升压电路、电压反馈电路、PWM控制电路和固定变比模块，所述输入电压Vin通过升压电路将电压稳定在Vbus；所述固定变比模块包括固定变比模块1、2至N，固定变比模块1、2至N的输入输出相互并联，输入端连接在Vbus上，输出连接至共同的输出电容Co上，并获得输出电压Vo。
2.根据权利要求1所述的一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，其特征在于，所述升压电路由两个自耦电感L1、L2、三个开关管S1、S2、S3、两个二极管D1、D2和一个母线电容C1构成，其中：
输入Vin正极、自耦电感L1的第一端、自耦电感L2的第一端和S3的漏极相连；输入Vin负极、开关管S1的源极、开关管S2的源极、母线电容C1的负端和母线Vbus负端相连；自耦电感L1的中间抽头、开关管S1的漏极相连；自耦电感L2的中间抽头、开关管S2的漏极相连；自耦电感L1的第二端、二极管D1阳极相连；自耦电感L2的第二端、二极管D2阳极相连；二极管D1阴极、二极管D2阴极、开关管S3的源极、母线电容C1的正端和母线Vbus正端相连。
3.根据权利要求1所述一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，其特征在于，所述电压反馈电路第一端连接Vbus的正负端，电压反馈电路第二端连接PWM控制电路的第一端，PWM控制电路的第二端分别接所述升压电路的开关管S1、开关管S2的栅极T1、T2。
4.根据权利要求1所述的一种可抑制8V至80V宽范围输入的高效率机载电源，其特征在于，所述输出电压Vo≈Vbus/n，n为固定变比模块的变比，而固定变比模块的数量视输出功率和单个模块的功率而定，N＝5-20。
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