卫星用多输出精密直流稳压电源适配器

     卫星用多输出直流开关稳压电源适配器的输出较多,由于每个输出都要精密稳压和隔离,因此常常采用数个双输出(或三输出)变换器来实现｡每个变换器都有单独的控制和保护,从结构上可视为一个独立的电源,但它们间的工作是通过同步电路和时序电路来协调的,用这种方法构成的电源实际上是一个电源适配器｡与单个集中电源相比,其控制更加复杂,但性能更加优越

     本节介绍的卫星用电源共有5个输出,每个输出的电压､电流如表8-3所示｡对于这一技术要求,仍然考虑采用三个变换器来实现各输出的精密稳压,但由于每一输出的功率发生了变化,因此各个变换器的结构也相应做了改变｡用变换器1#实现输出I(92.46W),为单输出电源;用变换器2#实现输出Ⅱ､输出Ⅲ和输出Ⅳ(总功率为101.89W),为三输出电源;用变换器3#实现输出V和两个+12V辅助电源(用以隔离控制,见后面介绍),为三输出电源｡其中变换器1#和变换器2#为有源钳位正激电路,变换器3#为反激电路,故副边的整流二极管均采用肖特基二极管。

表8-3       电源指标

1. 电源适配器的结构和原理

下图是本电源适配器的结构框图｡它由三个变换器､输入EMI滤波器､同步电路和检测保护电路四大部分组成｡每个变换器都构成一个单独的可工作电源,用以提供相应的输出。

  当它们组成图8-30所示系统时,其工作原理如下｡

电源适配器结构图

      在接通输入后,先由一线性稳压器(由三极管和稳压管等构成)启动变换器3#的PWM控制电路,产生具有最大占空比输出的信号去驱动变换器3#的主开关,从而使其输出电压增加,当Vc增加到所设置电压时,变换器3#开始自运行,由于Vcp和Vs不需要非常精确,因此调节的目的是实现Vs=-10.5V,而实际反馈信号采用Vc是为了简化控制｡因Vcp和Vs在实际工作中都是恒定负载,因此采用这种控制可以实现Vs的精度要求。

      一旦原副边的控制电源产生以后,通过适当的延时,便可去启动变换器1#和变换器2的原､副边控制电路,最终使变换器1#和变换器2#进入正常工作状态,输出所需的电压｡对变换器1#和变换器2#采用原､副边分别控制是因为本适配器的原､副边要求隔离,另外这样做､可简化输出电压的反馈｡这里用副边控制电路实现输出检测､反馈和产生所控制的PWM信号,用原边控制电路实现PWM信号的放大驱动｡在原､副边控制电路之间用一脉冲变压器实现隔离｡这种结构既简单又可靠｡如果每个变换器都有自己的工作频率,则整个系统的工作会出现“拍频”现象,将影响系统的可靠性｡为此设计了一个同步电路来协调三个变换器,用变换器3#的输出信号去触发一个D触发器,产生两列反相的方波,经微分后分别作为变换器1#和变换器3#的同步控制信号｡这样使得变换器1#和变换器2#的工作频率相同,相位相差180°｡这种实现还可减小输入电流纹波,从而减少输入EMI滤波器的体积｡在整个系统的设计中,变换器3#的工作频率是200kHz,而变换器1#和变换器2#的工作频率则是100kHz｡

      为了保证系统的可靠工作,各种保护环节不可缺少｡本系统有两套检测保护电路｡其中  检测保护电路1用以保护输入过､欠压和输出Vas的过压｡一旦这些故障发生后,便产生一个sd-drv信号去关闭变换器1#和变换器2#的驱动电路,同时也关闭变换器3#的PWM控制器,结果是整个系统关机,从而保护系统的各个部分｡检测保护电路Ⅱ则用来保护变换器1#和变换器2#的输出过压和过流｡如果某个变换器产生过压或过流,则经此保护电路产生个sd-pwm信号去封锁变换器1#和变换器2#的PWM控制器,从而切断变换器1#和变换器2#的工作｡它与检测保护电路1的区别是不断切变换器3#｡

      电源适配器的输入EMI滤波器的设计既要满足EMI的要求,又要满足输入浪涌电流以及系统稳定性的要求｡这里接入EMI后,常常会由于它的输出阻抗和后置变换器的输入阻抗的匹配问题而引起振荡｡为消除振荡,常常要加大电容,从而会引起浪涌电流的增加,因此它的设计也需折衷考虑。