Y12飛機只能提供5.6kW的輸出，經(jīng)過簡單計算，要實現(xiàn)600A峰值電流和50萬A·m發(fā)射磁矩，飛機電源的瞬時供電能力至少要達到28.8kW。在保持平均功率不變的條件下，提高電源的瞬時放電能力。電容器就是適用的一種功率變換裝置，它既有儲能的作用，也具有快速放電的能力。因此，采用電容器作為飛機電源和發(fā)射機之間功率匹配的接口，是解決飛機電源瞬時功率不足的有效方法。

 

根據(jù)計算，這個電容值會達到法拉級，直接掛接飛機電源，會導(dǎo)致瞬間短路。另外，飛機電源和發(fā)射機之間還存在阻抗匹配問題，要求的電源電壓超過了飛機電源的28V。因此，必須在飛機電源和儲能電容器之間設(shè)計一級具有限流功能、升壓功能、電氣隔離功能的DC-DC變換充電器。

 

01 系統(tǒng)設(shè)計

 

設(shè)計的大功率直流變換電源如圖1所示，主體由16塊平均功率為400W的DC-DC模塊組成，該類型開關(guān)電源模塊具有同步脈沖控制接口，可以組成串并聯(lián)陣列。每個模塊的輸出電壓為18~36V可調(diào)；其中每8塊并聯(lián)可實現(xiàn)90A的額定輸出并聯(lián)模組；兩個這樣的模組串聯(lián)后，可實現(xiàn)36~72V輸出，額定功率達到6.4kW。

 

圖1  大功率直流變換電源

 

02 Vicor電源模塊

 

選用Vicor大功率電源模塊來構(gòu)建大功率直流充電器，圖2為Vicor電源模塊內(nèi)部等效電路圖。

 

圖2  Vicor電源模塊內(nèi)部等效電路圖

 

模塊功能管腳說明：

 

●  +IN和-IN：電源輸入，一般為寬壓輸入(考慮飛機電源為28V，選用18~36V系列)。

●  PC：使能開關(guān)。PC開路或PC對-IN的壓差大于2.4V，則模塊使能；如果外部控制電路導(dǎo)致PC對-IN的壓差小于2.4V，則模塊失能。

●  PR：并聯(lián)同步總線。可以同步并聯(lián)模塊的高頻開關(guān)信號，強制各模塊均流。PR為雙向端口，作為主模塊，向各個從模塊輸出同步信號；作為從模塊，則接收主模塊的同步信號作為開關(guān)信號。

●  +OUT和-OUT：電源輸出端；

●  +S和-S：正負(fù)輸出電源參考端；

●  SC：輸出電壓控制端。內(nèi)部通過電阻分壓器對參考電源分壓，產(chǎn)生一個誤差信號。當(dāng)SC對-S并一個電位器RD，調(diào)節(jié)RD的大小就可以控制輸出電壓的大小。

 

03 Vicor電源模塊應(yīng)用技術(shù)

 

3.1  并聯(lián)均流控制技術(shù)

 

Vicor電源模塊的特點是只需增加少量外部組件，便可以組成數(shù)千瓦功率的并聯(lián)陣列，增大輸出功率。圖3為均流同步電路連接圖，圖中V1,V2配置為主模塊，V3等為從模塊(各從模塊的接線方式與V3相同)。每只模塊的正負(fù)輸入引腳都應(yīng)用0.2μF陶瓷或薄膜電容本地旁路，這樣可以分流高頻的輸入紋波電流。每只模塊的基板和負(fù)輸入引腳之間應(yīng)當(dāng)接入一個4700pF的Y-電容，分流共模電流分量。專用變壓器29768在PR引腳提供電氣隔離。采用三極管提高主模塊PR信號的驅(qū)動能力。

 

圖3  均流同步電路

 

3.2  穩(wěn)流控制技術(shù)

 

圖1中由超級電容器組成的儲能器的內(nèi)阻非常小，所以一個很小的壓差，也可能造成很大的負(fù)載電流，導(dǎo)致電源模塊過流，甚至造成器件的永久性損壞。所以有必要設(shè)計一個閉環(huán)控制電路，當(dāng)負(fù)載電流超過設(shè)定值時，自動降低模塊的輸出電壓，從而減小輸出電流，即實現(xiàn)穩(wěn)流輸出。如圖4所示，通過電流傳感器ACS714將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓值，采用含有內(nèi)部參考電壓源(0.2V)的雙運算放大器LM10，工作原理如下：第一級運放的輸出電壓作為設(shè)定值，當(dāng)輸出電流的電壓信號幅值(2腳)小于設(shè)定電壓(3腳)時，由于運放為反相放大，6腳輸出為正電壓，導(dǎo)致D1反向截止，R6相當(dāng)于開路，SC對地電阻為R7，此時模塊的最大輸出電壓由R7決定；反之，當(dāng)輸出電流大于設(shè)定值時，6腳輸出負(fù)電壓，D1導(dǎo)通，減小了SC的對地電阻，從而降低模塊的輸出電壓。

 

圖4  穩(wěn)流控制電路

 

3.3  串聯(lián)均壓技術(shù)

 

如圖1所示，由16塊功率400W的電源模塊組成串并聯(lián)陣列，每個模塊的輸出電壓為18~36V可調(diào)；其中每8塊并聯(lián)可實現(xiàn)90A的額定輸出并聯(lián)模組；兩個這樣的模組串聯(lián)后，可實現(xiàn)36~72V輸出，需要設(shè)計相應(yīng)的均壓控制電路，如圖5所示。

 

圖5  均壓控制電路

 

當(dāng)模塊2的輸出電壓向下微調(diào)(V1<V2)時，三極管QSC1導(dǎo)通，并降低模塊1的輸出電壓，直到V1=V2為止，反之亦然。

 

04 結(jié)語

 

大功率直流電源是為了匹配飛機電源和發(fā)射機而專門設(shè)計的，可以提高電源的瞬時功率和輸出電壓以匹配負(fù)載?；赩icor電源模塊串并聯(lián)技術(shù)的穩(wěn)流充電器和由超級電容器組構(gòu)成的儲能器以及緩沖電感，構(gòu)成了最終的大功率航空瞬變電磁發(fā)射機的電源系統(tǒng)，實際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有6.4kW的平均功率，可以提供超過40kW的瞬時功率，完全能夠滿足設(shè)計要求。

 

 

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