案例介绍
固定时间域航空电磁法具有探测深度大、测量精度高的技术特点，是我国深部矿产勘查急需的高效装备技术。中国地质科学院基于具有完全自主知识产权的国产Y12IV特种飞机，成功研制出固定翼时域航空电磁系统航空样机。为了使飞机电源与大功率发射机相匹配，需要研制由大功率稳压充电电源和大容量储能组成的供电系统，为发射机提供所需的电压和功率。
Y12飞机只能提供5.6kW的输出，经过简单计算，要达到600A的峰值电流和50万Am的磁矩，飞机电源的瞬时供电能力至少要达到28.8kW，在保持平均功率不变的情况下，提高电源的瞬时放电能力。电容器是一种合适的功率转换器件，它不仅具有储能的功能，而且具有快速放电的能力。因此，利用电容作为飞机电源与发射机的接口，是解决飞机电源瞬时功率不足的有效途径。
根据计算，这个电容值会达到法拉级，直接接入飞机电源会导致瞬间短路。此外，飞机电源与发射机之间存在阻抗匹配问题，所需电源电压超过飞机电源的28V。因此，必须在飞机电源和储能电容之间设计一个具有限流功能、升压功能和电气隔离功能的DC-DC转换器充电器。
01系统设计
设计的大功率DC转换电源如图1所示。主体由16个DC-DC模块组成，平均功率为400W。这种类型的开关电源模块具有同步脉冲控制接口，可以形成串并联阵列。每个模块的输出电压在18~36V可调；其中，每8个并联模块可实现90A额定输出并联模块；两个这样的模块串联后可以实现36~72V的输出，额定功率可以达到6.4kW。
图1大功率DC转换电源
02文章电源模块
选用Vicor大功率电源模块构建大功率DC充电器。图2显示了Vicor电源模块的等效电路图。
图2 Vicor电源模块内部等效电路图
功能引脚描述：
而IN -IN:电源输入，一般是宽电压输入(考虑到飞机电源是28V，选择18~36V系列)。
PC:启用开关。当PC打开或PC与-IN之间的压差大于2.4V时，该模块启用；如果外部控制电路导致PC和-IN之间的电压差小于2.4V，模块将被禁用。
PR:并行同步总线。它可以同步并联模块的高频开关信号，迫使所有模块均流。PR为双向端口，作为主模块，向各从模块输出同步信号；作为从模块，它接收主模块的同步信号作为开关信号。
OUT -OUT:电源输出端；
S -S:正负输出电源参考端；
SC:输出电压控制端子。内部电阻分压器对基准电源进行分压，以产生误差信号。当SC通过电位计RD连接到-S时，可以通过调整RD来控制输出电压。
03Vicor电源模块应用技术
3.1并联均流控制技术
Vicor电源模块的特点是只需增加少量的外部元件，就可以形成几千瓦功率的并联阵列，提高输出功率。图3是均流同步电路的连接图，其中V1和V2配置为主模块，V3为从模块(各从模块的连接方式与V3相同)。每个模块的正负输入引脚应通过0.2F陶瓷或薄膜电容进行局部旁路，以分流高频输入纹波电流。每个模块的基板与负输入引脚之间应连接一个4700pF的Y形电容，以分流共模电流c
在图1中，超级电容组成的储能内部电阻很小，因此很小的电压差也可能造成很大的负载电流，导致电源模块过流，甚至造成器件永久损坏。因此，需要设计一个闭环控制电路，在负载电流超过设定值时，自动降低模块的输出电压，从而降低输出电流，即实现稳定的电流输出。如图4所示，输出电流由电流传感器ACS714转换成电压，采用内置基准电压源(0.2V)的双路运算放大器LM10。工作原理如下：以第一级运放的输出电压为设定值，当输出电流的电压信号幅度(2脚)小于设定电压(3脚)时，由于运放反相，6脚输出为正，D1反向关断，R6。反之，当输出电流大于设定值时，6脚输出负电压，D1开启，降低SC对地电阻，从而降低模块输出电压。
图4稳流控制电路
3.3串联均压技术
如图1所示，由16个功率为400W的电源模块组成串并联阵列，每个模块的输出电压在18 ~ 36V之间可调；其中，每8个并联模块可实现90A额定输出并联模块；两个这样的模块串联后可以实现36~72V的输出，需要设计相应的均压控制电路，如图5所示。
图5均压控制电路
当模块2的输出电压被向下微调(V1“V2 ”)时，晶体管QSC1导通并降低模块1的输出电压，直到V1=V2，反之亦然。
04结论
大功率DC电源是专门为匹配飞机电源和发射机而设计的，可以提高电源的瞬时功率和输出电压，以匹配负载。末级大功率航空瞬变电磁发射机的供电系统由基于Vicor电源模块串并联技术的稳流充电器、超级电容器组组成的储能装置和缓冲电感组成。实际应用结果表明，该系统平均功率为6.4kW，可提供超过40kW的瞬时功率，完全满足设计要求。编辑：pj
标签：电压电源模块