1、哈爾濱工業大學工學碩士學位論文哈爾濱理工大學學士學位論文- PAGE II - PAGE IV -畢 業 設 計題 目: 29V/280W機載直流電源院 、 系:電氣工程及其自動化姓 名: 指導教師: 系 主 任: 年 月 日畢 業 設 計題 目: 29V/280W機載直流電源院 、 系:電氣工程及其自動化姓 名: 指導教師: 系 主 任: 年 月 日 隨著開關電源在計算機、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應用, 人們對其需求量日益增長, 并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關電源以其效率高、體積小、重量輕等優勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的線性電

2、源。電力電子技術的發展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發展，將開關電源的工作頻率提高到相當高的水平，使其具有高穩定性和高性價比等特性。開關電源技術的主要用途之一是為信息產業服務。信息技術的發展對電源技術又提出了更高的要求，從而促進了開關電源技術的發展。開關電源的高頻變換電路形式很多, 常用的變換電路有降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路 、推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。 本論文是基于芯片UC3637的開關電源系統設計。主要工作內容有查閱資料，了解課題的背景、意義及學習相關技術知識。 比較分析并設計變換器電路，主電路的設計及參數設定。 控制電路結構和參數設計仿真

3、驗證 PCB板設計，焊接，調試實驗。 關鍵詞：電力電子；開關電源; 降壓斬波電路AbstractWith the switch power source extensive use in the field of computer, communicate by letter, aeronautics and astronautics, instrument appearance and domestic appliances etc., people increases by gradually to whose need amounts, have brought forward high

4、er request to aspect such as power source efficiency, bulk factor and reliability. The switch power source is small with its efficiency height volume， weight makes light of to wait for advantage to have substituted the inefficient , both stupid and serious linearity power source in many aspects step

5、 by step. The electric power electronic technology development, specially high efficiency component IGBT and the MOSFET rapid development, enhances the switching power supply operating frequency to the quite high level, enable it to have the high stability and GaoXingjia compares and so on the chara

6、cteristic. One of switching power supply technology main uses is serves for the information industries. The information technology development also set a higher request to the power source technology, thus promoted the switching power supply technology development. Switch power source high frequency

7、 alternation circuit form many, forms such as alternation circuit in common use having the buck chopper、boost chopper 、buck-boost chopper 、sepic chopper 、zeta chopper 、 push-pull , entire bridge , the bridge , only upright exciting and single end exciting partly on the contrary. This paper is based

8、on UC3637chip of frequency switching power supply system design. The main content of the work to have access to information, understand the background of the subject, significance and study the related knowledge. Comparative analysis and the design of converter circuit, main circuit design and param

9、eter setting. Control circuit structure and parameter design and Simulation of PCB board design, welding, debugging and testing. Keywords: power electronic；Switching power supply; buck chopperPAGE II- - PAGE VII - 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328563888 第1章 緒論 PAGEREF _Toc328563888 h 1 HYPERLIN

10、K l _Toc328563889 1.1 課題研究的目的與意義 PAGEREF _Toc328563889 h 1 HYPERLINK l _Toc328563890 12開關電源技術發展現狀與發展趨勢 PAGEREF _Toc328563890 h 1 HYPERLINK l _Toc328563891 第2章 功率變換模塊技術要求 PAGEREF _Toc328563891 h 5 HYPERLINK l _Toc328563892 2.1 總述 PAGEREF _Toc328563892 h 5 HYPERLINK l _Toc328563893 2.1.1 產品名稱 PAGEREF

11、_Toc328563893 h 5 HYPERLINK l _Toc328563894 2.1.2 安裝部位 PAGEREF _Toc328563894 h 5 HYPERLINK l _Toc328563895 2.1.3 連接框圖 PAGEREF _Toc328563895 h 5 HYPERLINK l _Toc328563897 2.1.4 產品功能 PAGEREF _Toc328563897 h 5 HYPERLINK l _Toc328563898 2.2 技術要求 PAGEREF _Toc328563898 h 5 HYPERLINK l _Toc328563899 2.2.1

12、產品性能要求 PAGEREF _Toc328563899 h 5 HYPERLINK l _Toc328563900 2.2.2 產品工作環境要求 PAGEREF _Toc328563900 h 9 HYPERLINK l _Toc328563901 2.2.3 產品接口要求 PAGEREF _Toc328563901 h 9 HYPERLINK l _Toc328563902 2.2.4 產品重量要求 PAGEREF _Toc328563902 h 12 HYPERLINK l _Toc328563903 2.2.5 產品試驗要求 PAGEREF _Toc328563903 h 12 HYP

13、ERLINK l _Toc328563904 第3章 主電路 PAGEREF _Toc328563904 h 13 HYPERLINK l _Toc328563905 3.1整流電路 PAGEREF _Toc328563905 h 13 HYPERLINK l _Toc328563906 3.1.1整流電路原理圖 PAGEREF _Toc328563906 h 13 HYPERLINK l _Toc328563907 3.1.2整流電路的切換及整流方式 PAGEREF _Toc328563907 h 13 HYPERLINK l _Toc328563908 3.1.3整流電路器件參數計算 PA

14、GEREF _Toc328563908 h 14 HYPERLINK l _Toc328563909 3.2 BUCK斬波電路 PAGEREF _Toc328563909 h 14 HYPERLINK l _Toc328563910 3.2.1 BUCK斬波電路原理圖 PAGEREF _Toc328563910 h 14 HYPERLINK l _Toc328563911 3.2.2BUCK斬波電路分析與參數計算 PAGEREF _Toc328563911 h 15 HYPERLINK l _Toc328563912 第4章 控制電路 PAGEREF _Toc328563912 h 18 HY

15、PERLINK l _Toc328563913 4.1控制電路的PWM產生器 PAGEREF _Toc328563913 h 18 HYPERLINK l _Toc328563914 4.1.1控制電路原理圖 PAGEREF _Toc328563914 h 18 HYPERLINK l _Toc328563915 4.1.2三角波發生電路 PAGEREF _Toc328563915 h 18 HYPERLINK l _Toc328563916 4.1.3閉環PID控制電路 PAGEREF _Toc328563916 h 19 HYPERLINK l _Toc328563917 4.1.4過電流

16、保護電路 PAGEREF _Toc328563917 h 20 HYPERLINK l _Toc328563918 4.2驅動 PAGEREF _Toc328563918 h 20 HYPERLINK l _Toc328563919 第5章 檢測電路 PAGEREF _Toc328563919 h 22 HYPERLINK l _Toc328563920 5.1 電源切換功能： PAGEREF _Toc328563920 h 22 HYPERLINK l _Toc328563921 5.1.1電源切換電路的要求 PAGEREF _Toc328563921 h 22 HYPERLINK l _T

17、oc328563922 5.1.2電源切換電路原理圖 PAGEREF _Toc328563922 h 23 HYPERLINK l _Toc328563924 5.1.3 電源切換電路的工作過程 PAGEREF _Toc328563924 h 23 HYPERLINK l _Toc328563925 5.2欠電壓自檢及保護功能 PAGEREF _Toc328563925 h 24 HYPERLINK l _Toc328563926 5.2.1欠電壓自檢及保護功能的技術要求： PAGEREF _Toc328563926 h 24 HYPERLINK l _Toc328563927 5.2.2欠電

18、壓自檢及保護電路原理圖 PAGEREF _Toc328563927 h 24 HYPERLINK l _Toc328563929 5.2.3欠電壓自檢及保護電路原理分析 PAGEREF _Toc328563929 h 24 HYPERLINK l _Toc328563930 5.3過電壓自檢及保護功能 PAGEREF _Toc328563930 h 25 HYPERLINK l _Toc328563931 5.3.1過電壓自檢及保護功能的要求： PAGEREF _Toc328563931 h 25 HYPERLINK l _Toc328563932 5.3.2過電壓自檢及保護電路原理圖 PAG

19、EREF _Toc328563932 h 25 HYPERLINK l _Toc328563934 5.3.3過電壓自檢及保護電路原理分析 PAGEREF _Toc328563934 h 26 HYPERLINK l _Toc328563935 5.4發電機供電系統接入檢測功能 PAGEREF _Toc328563935 h 27 HYPERLINK l _Toc328563936 5.4.1發電機供電系統接入檢測功能用途： PAGEREF _Toc328563936 h 27 HYPERLINK l _Toc328563937 5.4.2發電機供電系統接入檢測功能原理圖 PAGEREF _T

20、oc328563937 h 27 HYPERLINK l _Toc328563939 5.4.3發電機供電系統接入檢測功能原理分析 PAGEREF _Toc328563939 h 27 HYPERLINK l _Toc328563940 5.5機載28V電源接入檢測功能 PAGEREF _Toc328563940 h 28 HYPERLINK l _Toc328563941 5.5.1機載28V電源接入檢測功能用途： PAGEREF _Toc328563941 h 28 HYPERLINK l _Toc328563942 5.5.2機載28V電源接入檢測功能原理圖 PAGEREF _Toc32

21、8563942 h 28 HYPERLINK l _Toc328563944 5.5.3機載28V電源接入檢測功能原理分析 PAGEREF _Toc328563944 h 28 HYPERLINK l _Toc328563945 5.6斬波失效過壓保護功能 PAGEREF _Toc328563945 h 28 HYPERLINK l _Toc328563946 5.61斬波失效過壓保護功能用途 PAGEREF _Toc328563946 h 28 HYPERLINK l _Toc328563947 5.62斬波失效過壓保護功能原理圖 PAGEREF _Toc328563947 h 28 HYP

22、ERLINK l _Toc328563949 5.63斬波失效過壓保護功能原理分析 PAGEREF _Toc328563949 h 29 HYPERLINK l _Toc328563950 5.7橋式/半波整流切換功能 PAGEREF _Toc328563950 h 30 HYPERLINK l _Toc328563951 5.71橋式/半波整流切換功能用途 PAGEREF _Toc328563951 h 30 HYPERLINK l _Toc328563952 5.72橋式/半波整流切換功能原理圖 PAGEREF _Toc328563952 h 30 HYPERLINK l _Toc3285

23、63953 5.8轉速檢測功能 PAGEREF _Toc328563953 h 31 HYPERLINK l _Toc328563954 5.8.1轉速檢測功能用途 PAGEREF _Toc328563954 h 31 HYPERLINK l _Toc328563955 5.8.2轉速檢測功能原理圖 PAGEREF _Toc328563955 h 31 HYPERLINK l _Toc328563957 5.8.3轉速檢測功能原理分析 PAGEREF _Toc328563957 h 31 HYPERLINK l _Toc328563959 第6章 啟動電路 PAGEREF _Toc328563

24、959 h 32 HYPERLINK l _Toc328563960 6.1 穩壓芯片供電電路設計 PAGEREF _Toc328563960 h 32 HYPERLINK l _Toc328563961 6.2驅動隔離電路設計 PAGEREF _Toc328563961 h 32 HYPERLINK l _Toc328563962 第7章 設備調試 PAGEREF _Toc328563962 h 34 HYPERLINK l _Toc328563963 7.1設備實物圖 PAGEREF _Toc328563963 h 34 HYPERLINK l _Toc328563965 7.2測試波形

25、PAGEREF _Toc328563965 h 36 HYPERLINK l _Toc328563966 致謝 PAGEREF _Toc328563966 h 39 HYPERLINK l _Toc328563967 參考文獻 PAGEREF _Toc328563967 h 40 HYPERLINK l _Toc328563968 附錄 A PAGEREF _Toc328563968 h 41 HYPERLINK l _Toc328563969 附錄B PAGEREF _Toc328563969 h 51- PAGE 10 - PAGE 53 -第1章 緒論1.1 課題研究的目的與意義形形色色

26、的移動通訊設備、便攜式娛樂設備、車載設備等電子產品的發展日新月異，它們越來越強調多功能、小體積以及綠色環保等特性，這將推動電源管理技術的蓬勃發展。以3G智能手機、便攜多媒體播放器、GPS導航設備、MP3播放器為代表的便攜式消費電阿子產品，對長電池使用時間、高功能集成度和小外形因子等方面提出更高要求，DCDC開關電源，電源管理單元(PMU)等電源產品不斷推陳出新。電源是電子設備的心臟部分，其質量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障60來自電源。因此，電源越來越受到人們的重視。現代電源，就是其調整管工作在線性放大區，開關穩壓電源的調整管工作在開關狀態。開關電源是利用現代電力電子技術

27、，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的種電源。從上世紀90年代以來開關電源相繼進入各種電子和電器設備領域，計算機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源。由于其高效節能可帶來巨大經濟效益，從而得到迅速推廣口1。分布式電源的發展及與lT技術的結合，對傳統的電路系統造成巨大的影響，帶來了對電路系統概念的革新，在同一電路系統中越來越廣泛地使用分布式開關電源，使電路技術產生顯著進步，形成了新型的專項技術。開關電源技術是分布式開關電源的關鍵技術，與傳統的線性電源相比，開關電源具有高效率、高可靠性、體積小、響應速度快、穩定性高、內在限流保護等優點，使其在電源管理芯

28、片中得到了廣泛的運用。12開關電源技術發展現狀與發展趨勢我們常說的電源管理芯片實際上是指具有自動控制環路和保護電路的變換芯片，是開關電源的核心控制芯片。電源管理芯片在90年代中后期問世，由于替換了大部分分立器件，使開關電源的整體性能得到大幅度提高，同時降低了成本，因而顯示出強大的生命力。開關電源的發展已有30多年歷史，早期的產品開關頻率很低，成本昂貴，僅用于衛星電源等少數領域。20世紀60年代出現過晶閘管相位控制式開關電源，70年代由分立元件制成的各種開關電源，均因效率不夠高、開關頻率低、電路復雜、調試困難而難于推廣、使之應用受到限制嘲。70年代后期以來，隨著集成電路設計與制造技術的進步，各種

29、開關電源專用芯片大量問世，這種新型節能電源才重獲發展。將控制、驅動、保護、檢測電路一起封裝在一個模塊內。由于外部接線、焊點減少，可靠性顯著提高。集成化、模塊化使電源產品體積小、可靠性高，給應用帶來極大方便。電源的集成化，使得它被廣泛應用十電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域中。隨著半導體技術和微電子技術的不斷發展，集成度高、功能強大的大規模集成電路的不斷出現，使電子設備的體積在不斷的縮小，重量在不斷的減輕，與之相比，電源要笨重的多。在現代電子產品中，電源體積要比微處理器大幾十倍，如何減小開關電源的體積，面臨著新的挑戰，提高頻率也是開關電源要面臨的問題。理論分析和實踐經驗表明，電器產品的體積

30、、重量隨供電頻率的平方根成反比的減少，所以當把頻率從50Hz提高到20kHz，提高400倍，用電設備的體積、重量大體上降至高頻設計的550。但是，頻率提高以后，對整個電路中的元器件又將有新的要求，因此高頻工作下的有關電路元器件也有待于進一步的研究嘲。國外開發電源管理芯片的廠商很多，主要有IR，MAXIM，ST，TI等，他們的產品都已經非常成熟，能夠提供高質量、全系列的電源管理芯片，包括升壓、降壓、升降壓，固定、可調輸出，不同負載能力的芯片。目前，手機、數碼相機、MP3播放器、以及個人電腦等便攜式設備的需求量的逐年增大，帶動適合于電池供電電源管理芯片的發展。凌特(Linear tech)，TI，

31、INTERSIL等公司根據市場需求，開發出了大量適合于便攜式設備的電源管理芯片，如凌特公司的同步降壓型穩壓器LTC3412A，工作頻率高達4MHz，效率高達95，在輸出電壓低至0.8V時，輸出電流高達3A。INTERSIL公司的ISL88550A驅動兩個外部N通道MOSFET，從2V到25V的輸入中產生低至07V的輸出電壓，輸出電流高達20A，效率高達95。我國對開關穩壓電源的研制工作開始于60年代初期，70年代起，我國在黑白電視機、中小型計算機中開始應用5V,20200A、20kHz、ACDC開關電源。80年代進入大規模生產和廣泛應用階段，并開發研究0.55MHz準諧振型軟開關電源。80年代

32、中，我國通信電源ACDC及DCDC開關電源應用領域中所占比重還比較低。80年代末，我國通信電源大規模更新換代，傳統的鐵磁穩壓整流電源和晶閘管相控穩壓電源為大功率ACDC開關電源所取代，并開始在辦公室自動化設備中得到應用。90年代我國又研制開發了一批新型專用開關電源，如衛星上用的開關電源、遠程火箭控制系統用的DCDC開關電源等。在國內，由于信息、家電領域，特別是電信領域的迅猛發展，推動了電源市場的發展。我國在上述領域普遍采用了開關電源。其中，通信DCDC電源是增長速度最快的一部分。預計中國開關電源市場總額在70億元人民幣以上，模塊電源所占的比例將會越來越大。國內開關電源自主研發及生產廠家有300

33、多家，形成規模的有十多家n。具有代表性的有上海嶺芯微以便攜式和大功率DCDC的LDO、升壓、降壓、充電、電荷泵、模擬開關、LED背光等國產開關電源為主，杭州士蘭微電子股份有限公司的電源管理芯片業務主要在LED驅動、集成電源、ACDC等三個領域，成都國騰微電子有限公司目前主要定位在充電管理IC上。國產電源芯片已占據了相當市場，并有少量開始出口。然而，同國產手機、DVD機產業一樣，其紅紅火火的表象難掩其缺乏核心芯片技術的尷尬。國內電源整機廠家所用的電源管理芯片均由國外公司提供。這些芯片廠商普遍能夠提供令國內廠家滿意的電源管理芯片，但是，由于沒有國內廠家參與競爭，他們的報價幾乎都在其成本的四倍左右。

34、這樣，不但使電源整機的成本居高不下，大部分利潤被國外廠商剝奪，而且技術上受制于人，很難實現大的突破。所以，開發具有自主知識產權的電源管理芯片已是形勢所迫。對于高端技術，如同步整流技術、有源嵌位技術、軟開關技術、平面變壓器技術等，由于其成本高、工藝復雜、配套能力差、國內行業認可度低等諸多原因，都沒有在產品中大規模使用。因此，在未來幾年內，200W以上功率模塊電源的市場份額仍將可能以國外產品為主導。我國模塊電源產業存在的另一個問題是，市場的大幅度發展和進入電源研制生產的門檻較低，資金投入不大、對生產設備和進行低檔次產品研制所需技術的要求都不高，從而產生了大量民營企業，它們以價格為武器，參與市場競爭

35、，這不利于整個電源產業的正常發展。隨著電子技術的高速發展，電子系統的應用領域越來越寬廣，電子設備種類也越來越多。電子設備的小型化和低成本化促使電源向輕、薄、小和高效率方向發展。電子電源是對公用電網或其它電能進行變換和控制，并向各種用電負載提供優質電能的供電設備，它可分為線性電源和開關電源兩種。單片開關電源集成電路自1994年問世以來，引起了國內外電源界的普遍關注，現已成為極具發展前景和影響力的一項高新技術產品。單片開關電源以其低損耗、高效率及電路簡潔等顯著優點而受到人們青睞，并廣泛應用于計算機、便攜式電子設備、儀器儀表、通信設備及家用電器產品中。隨著技術的進步，DCDC開關電源朝著高可靠、高穩

36、定、低噪聲、抗干擾和實現模塊化方向發展：（1）專用化：對通信電源等大功率系統，采用集成的開關控制器和新型的高速功率開關器件，改善二次整流管的損耗、變壓器電容器小型化，達到最佳的效率。對于小型便攜式電子設備，則主要是單片集成開關電源的形式，采用新型的控制方式和電路結構來減小器件體積、減小待機功耗，提供低輸出電壓、高輸出電流以適應微處理器和便攜式電子設備等產品電源系統的供電要求。（2）高頻率：隨著開關頻率的不斷提高，開關變換器的體積也隨之減少，功率密度也得到大幅提升，動態響應得到改善。小功率DCDC轉換器的開關頻率將上升到MHz。但隨著開關頻率的提高，開關元件和無源元件損耗的增加、高頻寄生參數以及

37、高頻電磁干擾(EMI)等新的問題也將隨之產生，因此實現零電壓導通(zvs)、零電流關斷(zCS)的軟開關技術將成為開關電源產品未來的主流。（3）高可靠：開關電源比線性電源使用的元器件多數十倍，因此降低了可靠性。從壽命角度出發，電解電容、光耦合器、開關管及高頻變壓器等決定電源的壽命。追求壽命的延長要從設計方面著手，而不是依賴使用方。美國德州儀器(TI)、安森美(Onsemi)、美信(MAXIM)等公司通過降低結溫、減少器件的電應力、降低運行電流等措施使其DCDC開關電源最新的系列產品的可靠性大大提高，產品平均無故障工作時間高達10萬小時以上。（4）低噪聲：與線性電源相比，開關電源的一個缺點是噪聲

38、大，單純追求高頻化，噪聲也隨之增大。采用部分諧振轉換回路技術，在原理上既可以高頻化，又可以降低噪聲。但諧振轉換技術也有其難點，如很難準確控制開關頻率、諧振時增大了器件負荷、場效應管的寄生電容易引起短路損耗、元件熱應力轉向開關管等問難以解決。（5）抗電磁干擾：當開關電源在高頻下工作時，噪聲通過電源線產生對其它電子設備的干擾，世界各國己有抗電磁干擾的規范或標準，如美國的FCC，德國的VDE等，研究開發抗電磁干擾的開關電源日益顯得重要。第2章 功率變換模塊技術要求2.1 總述2.1.1 產品名稱 功率變換模塊2.1.2 安裝部位 功率變換模塊安裝在電子控制器機箱內，電子控制器安裝在發動機上。2.1.

39、3 連接框圖 如圖2-1圖2-1連接框圖2.1.4 產品功能如圖2-1框圖所示，功率變換模塊將輸入的FADEC三相交流電進行AC/DC全波整流變為直流電，和輸入的飛機28V直流電通過電源切換電路進行無擾動平滑切換。切換后電源輸出作為開關量輸出的電源；同時輸出至過壓保護模塊通過DC/DC變換器轉換成控制器其他模塊工作所需的數字電源、模擬電源等。2.2 技術要求2.2.1 產品性能要求 控制器有兩個完全相同、互為熱備份的數控通道，功率變換模塊作為數控通道的內部功能模塊，主要用于AC/DC轉換和電源切換，單臺控制器共需兩個功率變換模塊，具體實現以下功能：a) 交直轉換功能：模塊輸入電壓為FADEC交

40、流發電機輸出三相交流電壓，交流發電機轉速在N2=12115時，對應線電壓為40V345V(空載)(暫定)，其中交流發電機轉速與線電壓呈線性一一對應關系，交流發電機具備短路能力。功率變換模塊輸出電壓允許范圍為19VDC33VDC，典型值為29VDC(在12時與飛機并網供電，15%時功率變換模塊獨立供電)。模塊輸出電壓紋波：Vrms0.9。b) 輸出功率要求： 控制器需求功率見表2-1表 2-1控制器功率需求發電機轉速(20087rpm20087rpm(100%)Nac與N2換算關系Nac=1.342N2額定轉速輸出需求通道狀態通道正常需求通道極限需求(不大10min)010%無要求12%15%輸

41、出250W,滿足切換要求15%53%180s主控160W280W備份75W280W53%66%30s主控210W280W備份75W280W66%106.5%長期工作主控210W280W備份75W280W 功率變換模塊輸出功率具體要求如下：1)當轉速N212%時：模塊處于主控狀態時的輸出功率應不小于250W；模塊處于備份狀態時的輸出功率應不小于55W；當轉速N215%時切換通道后，模塊處于主控狀態時的輸出功率應不小于220W，模塊處于備份狀態時的輸出功率應不小于85W。2)當N2轉速大于45%時，交流發電機一套繞組中的一相故障或者兩套繞組中各有一相故障后，應能夠滿足FADEC系統用電需求。3)在

42、N2=106.5%的發動機最高轉速時，在輸出功率為250W的條件下連續工作1h，功率變換模塊不應有任何故障現象。4)在N2=115%的發動機超轉轉速狀態下，輸出功率為250W，工作5min，不應有任何故障現象。5)長期工作時，功率變換模塊在空載和滿載狀態時的輸出功率均應不小于250W。c) 模塊功耗要求：1)模塊長期工作狀態：控制器內主備工作的兩個功率變換模塊加起來的自身功耗應不大于70W ；2)模塊短時工作狀態(N2轉速小于53%以下，不超過3min)：控制器內主備工作的兩個功率變換模塊加起來的自身功耗應不大于80W。d)電源切換功能：電源切換原理框圖見圖2-2(僅供乙方設計參考)。飛機28

43、VDC電源和FADEC交流發電機的兩路電源分別進入模塊，通過切換電路實現FADEC在發動機轉速N2為12%和15%兩個轉速點間的電源切換，電源切換時間應不大于15ms。具體切換邏輯如下：1)在N2轉速小于12%前，FADEC系統由飛機28VDC電源供電；2)在N2轉速介于12%和15%之間時，由FADEC交流發電機和飛機28VDC共同供電；3)當N2轉速大于15%后，則全部由FADEC交流發電機供電。其中12%和15%兩個轉速點間的電源切換的控制信號由控制器內其他模塊給出。電源切換功能電路選用繼電器實現(電源切換電路中的繼電器推薦使用廈門宏發公司的JQX-1025M-028-22-II(G+)

44、型或廠家另選)，在FADEC交流電機發生斷電故障時，應保證控制器平穩過渡到飛機28VDC供電。圖 2-2 電源切換電路原理框圖e) 自檢及保護功能：功率變換模塊需帶有電源轉換自檢及切換自檢功能，并給出FADEC交流發電機供電檢測信號、28VDC電源切斷到位檢測信號，其次應具有電源輸出保護及告警功能，給出欠壓、過壓告警信號，保護功能具體要求如下：1)電源電壓大于(330.1)V時，輸出過壓警告信號(開關量信號、低電平有效)，OC門輸出同時切斷交流電源，轉入飛機28V電源供電，當電源電壓恢復到(30.50.1)V時，應由飛機28V電源切回交流電源供電；2)電源電壓小于(190.1)V時，輸出欠壓告

45、警信號(開關量信號、低電平有效)，OC門輸出。同時切斷交流電源，轉入飛機28V電源供電，當電源電壓恢復到(21.50.1)V時，應由飛機28V電源切回交流電源供電。f) 轉速輸出功能：在交直變換中提取交流發電機轉速信號Nac，在N25%時有效輸出(OC門輸出狀態)。g) 其他功能：為了準確掌握功率變換模塊工作環境溫度大小，在印制板溫度較高區域安裝一個溫度傳感器(AD590)。2.2.2 產品工作環境要求a) 工作高度：0m13000m；b) 長期工作溫度：-55 +105；在-55的環境下能長期保存；短時工作溫度：120，每飛行小時內不超過5分鐘； c) 相對濕度：953(溫度為205)；d)

46、 振動：隨控制器整機需耐受的振動環境按照GJB150.16中的圖25b執行，其中功率譜密度L11.0g2/Hz，F1=246Hz，控制器自身安裝減振器，功率變換模塊隨控制器一起完成振動試驗，但其設計時應充分考慮其振動環境；e)電磁兼容性：隨控制器整機需符合GJB151A/152A，GJB1389A的要求。功率變換模塊隨控制器一起完成電磁兼容性試驗，但其設計時應充分考慮其電磁兼容性。2.2.3 產品接口要求 電氣接口要求功率變換模塊通過矩形連接器與控制器母板進行電信號連接，連接器選擇Hypertac公司的MHD系列連接器(其中功率針為特殊針，型號見表2-3)，連接器信號接口定義見表2-2。表2-

47、2 功率變換模塊航插信號定義航插引腳符號方向名稱說明XP1AAP1VAIN交流發電機A相特殊針AP2VBIN交流發電機B相特殊針AP3VCIN交流發電機C相特殊針AP4VNIN交流發電機公共端特殊針CCP1+28VIOUT控制器電源(電源切換后)特殊針CP2OUT特殊針CP3PGNDIOUT特殊針CP4OUT特殊針DDP1PGNDIIN經過EMI后的飛機電源特殊針DP2IN特殊針DP3DC28VIIN特殊針DP4IN特殊針EEP1FGNDOUT機殼地EP2OUTEP25OUTEP26OUTBBP1OUTB2OUTBP3TpowboxEXEIN功率變換器溫度激勵(+15V)BP4TpowboxO

48、UT功率變換器溫度(電流輸出)BP5(BP6)Nac+OUT交流發電機轉速BP7(BP8)Nac-OUTBP9(BP10)SWO12IN(15N2OK)15%N2接入0V/5V正邏輯BP11(BP12)SWO11IN(12N2OK)12%N2接入5V/0V負邏輯BP13(BP14)SWI28OUFADEC交流發電機供電檢測信號BP15(BP16)SWI29OUT28VDC電源切斷到位BP17(BP18)+33VBIT(JDQ)OUT整流后電源過壓告警整流后電源欠壓告警BP19(BP20)29V+OUT交流發電機整流后電源差分輸出正BP21(BP22)29V-OUT交流發電機整流后電源差分輸出負

49、BP23(BP24)+19VBIT(JDQ)OUT整流后電源欠壓告警BP25(BP26)FGNDOUT機殼地 機械接口要求功率變換模塊作為控制器內部功能模塊，安裝于控制器內。功率變換模塊PCB外廓尺寸為：(2440.3) mm(1450.3)mm41mm(其中高度41mm為最大允許尺寸)，具體外廓尺寸、安裝尺寸見圖2-4a) 模塊PCB外廓尺寸為模塊驗收尺寸，其余尺寸僅供廠家參考；b) 模塊上下兩邊和右端設有禁布區，用于安裝鎖緊和防松裝置，模塊左端裝有插頭與母板相連，模塊右端上下兩邊各裝有一個起拔器；c) 在印制板焊接面絲印層表示出模塊代號及編號，絲印建議尺寸(長寬)：3.5mm16mm(僅供

50、參考)。模塊上零部件型號見表2-3。表2-3 組件型號表部件名稱型號左起拔器P109-4L-CALMARK右起拔器P109-4R-CALMARK鎖緊條組件CL210-6E-M2-3S-MIL-S-5002連接器型號MHD 2YA 1910 110(對應插座型號：MHD 2YA 2896 122)連接器特殊接觸件0200851-10ROG(對應插座特殊接觸件號0200562-30RN1) 圖2-3 電路模塊印制板尺寸及緊固條安裝位置圖圖2-4 電路模塊印制板尺寸及緊固條安裝位置功率變換模塊用于AC/DC轉換和電源切換，主要由發熱元件和重量較大的繼電器組成，為了解決振動與散熱問題，在PCB四周采用

51、加強筋結構，功率變換模塊結構示意如圖2-5所示(圖中模塊外罩外形僅供廠家設計參考)。將發熱元件安裝在模塊邊緣的加強筋上用于散熱，同時，重量較大的繼電器也可固定在加強筋。考慮功率元件及繼電器的電磁干擾問題，將功率變換模塊上面用金屬蓋板密封，設計成為一個封閉的腔體。圖2-5 功率變換模塊結構圖2.2.4 產品重量要求功率變換模塊重量1kg(暫定)。2.2.5 產品試驗要求具體要求如下：a) 功率變換模塊在每臺交付時應按規定完成環境應力篩選中的高低溫溫度循環試驗部分(溫度試驗循環數可視情酌減)，并出具試驗報告；b) 在控制器整機開展環境試驗、電磁兼容及電源特性考核試驗前，廠家應對功率變換模塊進行低溫

52、、高溫、溫度沖擊、電源特性及電磁兼容摸底試驗，并向我所提供摸底報告；振動、沖擊等試驗可視情提供評估分析報告；注：模塊進行電源特性摸底試驗時，飛機直流供電電源部分按GJB181A的要求進行試驗。c) 其余考核試驗暫定不要求進行摸底試驗。第3章 主電路3.1整流電路3.1.1整流電路原理圖如圖3-1 圖3-1整流電路原理圖3.1.2整流電路的切換及整流方式為使整流之后的直流電壓不致過大而使BUCK電路中MOSFET承受過大電壓，此電路使用三相半波整流和三相橋式整流切換使用的方式工作。由繼電氣K1控制電路的切換。當VD小于250V時，繼電器控制K1與K2相接，由D1-1，D1-2，D2-1，D2-2

53、，D3-1，D3-2六只二極管組成的整流電路工作于三相橋式整流狀態。目前在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式整流電路。整流波形如圖3-2圖 3-2 橋式整流波形圖當VD大于250V時，繼電器控制K1與K3相接，由D1-1，D2-1，D3-1三只二極管組成的電路工作在三相半波整流狀態。整流電壓平均值為Ud=1.17U（U為相電壓），二極管最大反向電壓為Uvt=1.732U。其整流波形如圖3-3圖3-3 半波整流波形圖3.1.3整流電路器件參數計算濾二極管反向耐壓：根據三相二極管不控整流原理，二極管所承受的最大反向電壓是線電壓的最大值，也就是，依據技術指標要求，輸入交流電壓有效值是33V34

54、0VAC（線電壓有效值），從而計算可得3401.414=480.8V，二極管承受最大反向電壓最少為480.8V，故選擇反向耐壓為1200V的二極管。二極管電流：根據三相二極管不控整流原理，流經二極管的電流為，其中為整流后的直流電流平均值。依據技術指標要求輸出為280W穩定直流，故直流電流平均值為280/(33x1.414)=5.99A，流經二極管電流為2A，二極管導通電流不應低于2A，故可選取導通電流5A的二極管。波電容的選取：根據技術要求，發電機輸出三相交流電頻率f在321Hz3080Hz之間。12%額定轉速（對應f=321Hz）時，功率變換器輸出功率P應不小于250W。根據濾波電容選取經驗

55、公式：，濾波電容值C取為，耐壓值不小于600V。3.2 BUCK斬波電路3.2.1 BUCK斬波電路原理圖如圖3-4圖3-4 BUCK斬波電路原理圖3.2.2BUCK斬波電路分析與參數計算采用同步整流：同步整流是采用通態電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術。它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。近年來，隨著電子技術的發展，電路的工作電壓越來越低、電流越來越大，因此開關損耗成了制約電源效率的關鍵因素。 HYPERLINK /view/13632.htm 開關電源的損耗主要由3部分組成：功率開關管的損耗，高頻變壓器的損耗

56、，輸出端整流管的損耗。采用大電流肖特基二極管整流時，VF會達到1.25V甚至是1.5V，這種情況下，整流二極管的損耗將大大增加，因此傳統的二極管整流電路已無法滿足實現大電流開關電源高效率的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。 開關器件采用充放電型RCD緩沖電路。緩沖電路又稱為吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內因過電壓、du/dt或者過電流和di/dt，減小器件的開關損耗。RCD緩沖電路關斷時的負載曲線如圖3-5。關斷前的工作點在A點。無緩沖電路時，uCE迅速上升，在負載L上的感應電壓使續流二極管VD開始導通，負載線從A移動到B，之后iC才下降到漏電流的大小，負載線隨之移動到C。有

57、緩沖電路時，由于C的分流使iC在uCE開始上升的同時就下降，因此負載經過D到達C。可以看出，負載線在到達B時很可能超出安全區，使開關器件受到損壞，而負載線ADC是很安全的。 圖3-5 RCD緩沖電路關斷時的負載曲線DC-DC變換器輸入直流電壓為56.6V487.8V，滿載時輸出測電壓為19V29V，采用降壓型Buck變換器，如圖3-6所示。圖3-6 Buck變換器Buck變換器輸入、輸出電壓關系為：其中，D為開關管的導通占空比。Buck電路中，MOSFET工作在開關狀態，與續流二極管Diode互補導通，將輸入的直流電壓Vdc斬成占空比為D的方波，經過LC濾波，得到穩定的直流輸出Vo。Buck變

58、換器中各器件參數計算如下：a）MOSFET：MOSFET承受的最大正向電壓為輸入電壓Vdc，考慮到尖峰電壓選取耐壓為1200V的MOSFET；流經MOSFET的最大電流為最大輸出電流加上電感電流波動量，最大輸出電流Io=250W/19V=13.2A，電感電流波動值設計為12A，故選擇30A以上的MOSFET。b）續流二極管：續流二極管流過的電流最大值與MOSFET相同，反向承受電壓為Vdc。續流二極管反向耐壓取為1200V，電流值為30A以上。c）濾波電感： 電感和電容組成LC濾波器。電感值較大時電流連續、紋波電壓小，電感值較小時電流斷續、紋波電壓較大。電感電流連續和斷續的臨界電感值為。其中，

59、Dmin為最小占空比，Dmin=29/488= 5.94%，uo=29V，Po=280W。開關頻率fs=20kHz時，計算出臨界電感值為750uH，電感值取為1mH；開關頻率fs=50kHz時，計算出臨界電感值為300uH，電感值取為500uH。d）濾波電容：紋波電壓為，為使35uF，取C=110uF。 第4章 控制電路4.1控制電路的PWM產生器4.1.1控制電路原理圖控制電路的PWM產生器采用UC3637芯片，該芯片的雙端PWM輸出可以配合同步整流進行控制，連接IR2213S驅動芯片后給圖3.2.1的MOSFET管提供PWM驅動信號，完成整體控制任務。其原理設計圖如圖4-1所示。圖4-1

60、控制電路設計圖4.1.2三角波發生電路UC3637芯片中通過+VTH端，-VTH端，CT端和ISET端的如圖4.1.1的電路連接構造三角波發生電路，并且三角波的波形參數計算公式如圖4-2所示。依據該公式計算數值如下：+VTH=4.16V，-VTH=1.17V，f=26.3kHz，Is=0.347mA。圖4-2 三角波發生電路三角波發生電路產生波形后通過-Ain和+Ain短腳比較產生Aout短腳輸出的PWM波形，同樣的-Bin和+Bin短腳比較產生Bout短腳輸出的互補PWM波形。其產生原理如圖4-3所示。其中誤差EAout短腳經電阻R28和電容C24作用于PWM產生比較中心，實現了誤差的閉環控