弹载二次电源的设计

1 二次电源基本要求
1.1 高的可靠性
    平均无故障时间MTBF是衡量电源可靠性重要指标,在通用标准中规定,可靠性指标大于等于3 000 h是最低要求。
1.2 高的安全性
    设计制造出的开关电源,应符合相关标准或规范中规定的安全指标要求,如散热要求,抗电强度要求,防人身触电要求等,以防止在极限状态或者恶劣环境条件下,出现电源故障危及人身和设备安全。
1.3 好的可维修性
    电源出现故障时,应能及时诊断出故障现象及部位,并且可以有效地解决故障或者更换故障模块。

2 二次电源设计思路
    弹载电源由于其空间和系统性要求,需要二次电源设计的小型化、电磁兼容性好,DC—DC效率高,可以满足各个组件的用电需求,线性集成稳压电源的测试和调试相对简单,如果两者结合对产品的后续阶段设计提供了方便。综合考虑线性稳压电源、开关稳压电源或者复合型设计等方案,分析各种方案的优缺点和可行性后,此二次电源将采用线性集成稳压电源与DC—DC结合进行设计,也就是复合型设计。采用该设计有比较高的效率,可满足各组件的用电需求,对于纹波要求比较高的供电电路采用线性稳压电源。

3 二次电源具体设计分析
3.1 电源接地设计
    设计电源还有个重点也是难点,就是接地。接地从字面来十分简单,但是对于经历过电磁干扰挫折的人来说可能是一个最难掌握的技术。实际上,在电磁兼容设计中,接地是最难的技术。面对一个系统,没有一个人能够提出一个绝对正确的接地方案,多少会遗留一些问题。造成这种情况的原因是接地没有一个系统的理论或模型,人们在考虑接地时只能依靠过去的经验或从书上看到的经验。但接地是一个十分复杂的问题,在其他场合很好的方案在这里不一定最好。关于接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉,也就是他对“接地”这个概念的理解程度和经验。接地的方法很多,具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。
3.1.1 单点接地
    单点接地有单元电路的、电路问的和设备间的单点接地。如图1所示为单点接地示意图。其优点是可以抑制传导干扰。单点接地时,由于各电路和设备都接在一个接地点上,从而消了信号地系统中的干扰电流的闭合回路。设备地上的干扰电压也不会通过接地电路进入信号电路。这样的接地使用导线长,接地线本身的阻抗可观,对于高频信号接地效果不好。当接线长度达到1/4信号波长或其奇数倍时,地线阻抗变得很高,它就不是接地线而更像是辐射天线。

3.1.2 多点接地
    在多点接地系统中,各电路和设备有多点并联接地。因为可以就近接地,接地导线短,可以减少高频驻波效应。但这种接地方法出现了多个地回路。公共地中的50 Hz市电容易经公共地回路耦合到信号回路中去。工程实践表明,如能将电源和信号的回流线分开,强信号和弱信号的回流线分开,微弱信号和火工品信号等敏感信号采用单独的回流线,就会大大减少的回路引起的干扰。图2所示为多点接地示意图。
3.1.3 混合接地
    混合接地既包含了单点接地的特性,又包含了多点接地的特性。例如,系统内的电源需要单点接地,而射频信号又要求多点接地,这时就可以采用图3所示的混合接地。对于直流,电容是开路的,电路是单点接地,对于射频,电容是导通的,电路是多点接地。图3所示为混合接地示意图。


    实际应用中,信号频率低于1 MHz时,采用单点接地;高于10 MHz时,多点接地;频率在1~10 MHz之间时,如果接地线长度大于1/20波长,采用单点接地;否则,应采用多点接地。该弹载二次电源是低频电路,所以选择单点接地,并且设计电路板时也要注意地线尽量宽并且走直线,保证接地干净。
3.2 电源切换设计
    因产品在工作时包括“预热”与“准备”,正常工作时仅包括“预热”,所以还要设计电源切换部分,见图4。
    电源在预热状态时,27 V电源的瞬态电流达到5.6 A;在准备状态时,27 V预热和28.5 V准备同时供电,电流达到5.25 A;在脱离载机后,电源为单一28.5 V准备供电,电流达到5.25 A。根据电压和电流特性,选取的二极管应满足额定电流大,反向工作电压高,满足使用要求,其封装容易安装,并且安装在放置舱壳体上利于二极管的散热。
3.3 线性稳压电源电路设计
    该电源中有12 V电源,主要为几个微波组件供电,对电源纹波水平要求较高,为了满足要求充分利用线性电源的优势,特选择线性稳压电压电路进行设计。此处不给具体数值,仅举例说明选取合适的电容对消除纹波的影响,如图5所示。