隨著我國科技強軍戰(zhàn)略的實施，大量飛機(jī)、導(dǎo)彈等高科技武器裝備列裝空軍、海軍和二炮部隊，尤其是載人航天、繞月探測等大型航天計劃的實施，使得以計算機(jī)系統(tǒng)為核心的軍用電子產(chǎn)品系統(tǒng)越來越復(fù)雜，其對供電質(zhì)量(恒壓、恒流、小紋波等)和供電數(shù)量(大負(fù)載、長時間等)提出了越來越高的要求。相應(yīng)的地面電子測試系統(tǒng)及單元設(shè)備的長時間不問斷工作、元器件批量篩選老練等，也對電源系統(tǒng)的功率等級、智能化、易用性、維修性等提出了更高的要求。我國在智能型高功率密度電源及功率管理系統(tǒng)的技術(shù)還較為落后，逐個突破技術(shù)上關(guān)鍵點，實現(xiàn)高端軍用電源系統(tǒng)國產(chǎn)化，不僅可以擺脫高端電源受制于人的被動局面，更可以有力地保障我國航天、航空和導(dǎo)彈武器等軍用電子產(chǎn)品大系統(tǒng)的順利發(fā)展。本文研究的3kW大功率可調(diào)電源是構(gòu)成智能型高功率電源及功率管理系統(tǒng)的關(guān)鍵單元，其自身及其使用的技術(shù)可以滿足武器與軍用衛(wèi)星的后續(xù)型號與未來各種彈、箭、星、船等航天飛行器的功率變換需求與功率控制的需求，同時可推廣應(yīng)用到廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)，車載電子系統(tǒng)、軍用衛(wèi)星等領(lǐng)域。

本文詳細(xì)講述了3kW 大功率可調(diào)電源的研制情況，為軟開關(guān)技術(shù)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用做了有意的探索與嘗試。

1 工作原理與研制難點

3kW大功率可調(diào)電源通過將輸入的市電進(jìn)行整流、再通過PFC單元進(jìn)行功率因數(shù)校正變換成

高壓直流電供給主功率變換部分，主功率變換部分采用軟開關(guān)ZVS技術(shù)進(jìn)行功率變換，通過電壓基準(zhǔn)(電壓環(huán)控制基準(zhǔn) 耐)、電流基準(zhǔn)(電流環(huán)控制基準(zhǔn) )對輸出電壓和輸出電流的最大值進(jìn)行設(shè)置。3kW大功率可調(diào)電源采用ZVS型移相全橋的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實現(xiàn)主功率變換部分，使用ZVS型移相全橋的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使該電源具有了較高的轉(zhuǎn)換效率，輸出紋波的峰一峰值大為改善(50mV以內(nèi))。

3kW大功率可調(diào)電源在技術(shù)上的實現(xiàn)難點最主要有三點：

(1)采用何種方式在輸出輕載下實現(xiàn)主功率管的軟開關(guān)(ZVS)；

(2)輸出電壓在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0～50A內(nèi)任意變化時保持電源穩(wěn)定工作；

(3)如何實現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào)。

2 主要功能的實現(xiàn)

2．1 輸入部分的實現(xiàn)

輸入部分設(shè)計有保護(hù)電路，在啟動過程中監(jiān)視PFC的輸出電壓，當(dāng)PFC電壓建立后，給出“允許主功率部分工作”信號，當(dāng)主功率部分接受到此信號才開始工作。當(dāng)PFC的輸出發(fā)生過、欠壓時切斷“允許主功率部分工作”信號，使主功率部分停止工作。

2．2 主功率部分的實現(xiàn)

移相全橋ZVS電路在輸出輕載下實現(xiàn)主功率管的軟開關(guān)(ZVS)，主要方法有變壓器原邊電路串人飽和電感，采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)(有多種實現(xiàn)方式)，以及參考文獻(xiàn)[4]中提到的新型移相全橋ZVS電路等。原邊回路串人飽和電感(增加諧振電感)會使輕載時主功率變換部分效率很低，同時使主功率變換部分副邊占空比丟失現(xiàn)象加劇。在實際應(yīng)用中確定飽和電感很困難，因此一般是使用高頻電感。參考文獻(xiàn)[1]中介紹拆焊國外350V／10A軍用電源時，發(fā)現(xiàn)主功率變壓器原邊繞組串聯(lián)的附加諧振電感器，是一種直徑為q~33mm的鐵硅鋁磁
環(huán)，繞組用多股細(xì)線繞3．5圈，電感量為3．2lxH。本文研制的3kW大功率可調(diào)電源在實驗中發(fā)現(xiàn)，加入飽和電感(增加諧振電感)對原邊電流波形有改善，但是原邊電壓波形隨著飽和電感電感值的增加而波形上的毛刺加大。一般折中考慮，可以使用微亨級鐵硅鋁材料的電感。

本文中研制的電源經(jīng)過綜合考慮采用輔助諧振網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)輸出輕載下主功率管的軟開關(guān)(ZVS)。主功率變換部分電路如圖2所示。主功率
變換部分采用移相全橋ZVS電路， 、c日 、 、D 、D止組成輔助諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于采用移相全橋ZVS的滯后橋臂，它不干擾主功率變壓器電路，功耗也小，其工作狀態(tài)不受負(fù)載電流大小的影響。輔助諧振網(wǎng)絡(luò)能使滯后橋臂開關(guān)管在輕載時實現(xiàn)ZVS，明顯減小占空比丟失，提高了電源的效率和可靠性。

輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的電流增強原理是：當(dāng)滯后橋臂下管S 關(guān)斷時，輔助電感的電流與原邊電流同時流入節(jié)點B；而當(dāng)滯后橋臂上管S 關(guān)斷時，它們又同時流出節(jié)點B。也就是說兩種電流同時對并聯(lián)電容器充電、放電，它在各種負(fù)載電流時，特別是在輕載或者空載等惡劣條件下，也能在S 、s4開通之前，抽掉并聯(lián)電容器中的電荷，實現(xiàn)完滿的零電壓開關(guān)ZVS。

為串入主電路的電感，由于輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的存在， 可以大大減小甚至取消。在本文中設(shè)計的3kW大功率可調(diào)電源沒有使用飽和電感厶，而是只使用了輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。圖3給出了輸出12．9V／10A時滯后橋臂MOS管s 的d、s間及 s間的電壓波形?？梢钥闯鲈谳敵龉β蕿樵O(shè)計功率的4％左右時滯后橋臂已經(jīng)實現(xiàn)了零電壓開關(guān)。通過參考文獻(xiàn)[2】的理論分析可知，超前橋臂此時一定實現(xiàn)了零電壓開關(guān)。

2．3 電源控制環(huán)路和軟啟動的實現(xiàn)

由于本電源要求輸出電壓在0-60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0~50A內(nèi)任意變化時保持電源穩(wěn)定工作，這就對電源的控制電路有很高的要求。本文研制的電源采用外加運放組成電壓環(huán)、電流環(huán)結(jié)合的控制環(huán)與主控芯片相結(jié)合的方法；實驗證明電源輸出電壓在0~60V范圍內(nèi)任意設(shè)定，輸出電流在0-50A內(nèi)任意變化時電源穩(wěn)定工作。

由于該電源的主控芯片采用UC3879，是一種電壓型控制芯片，而且在本課題應(yīng)用中為了實現(xiàn)大功率全范圍穩(wěn)定工作，反饋控制環(huán)路的設(shè)計中很難兼顧輸出啟動特性；同時本課題的電源輸出功率大，通過控制芯片UC3879的軟啟動腳未能實現(xiàn)輸出軟啟動，輸出有啟動過沖問題。本課題單獨設(shè)計了軟啟動電路如圖4所示，解決了輸出啟動過沖問題；另外輸出保護(hù)電路檢測到故障后，通過主功率工作使能信號來停止電源的工作，起到故障保護(hù)。此種方式在主控芯片UC3879失效時，仍能停止電源的工作，起到故障保護(hù)，原因在于其是通過關(guān)斷芯片的供電電源來達(dá)到保護(hù)動作。

2．4 輸出電壓的零電壓起調(diào)

本文電源的研制中，實驗證明在電壓基準(zhǔn)為零時，輸出電壓不為零，原因是主功率電路采用移相全橋ZVS拓?fù)?，控制方式是通過主功率管間的移相角來實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)，此類控制方式非常適合在可調(diào)電源中應(yīng)用；但是也決定了電壓基準(zhǔn)為零時，由于主功率管的處于導(dǎo)通狀態(tài)，功率管間的移相角很難為零，輸出電壓因此不為零。無法單獨通過加死負(fù)載來解決輸出電壓的零電壓起調(diào)。本文研制的電源由運放、三極管及小阻值的功率電阻組成一個本質(zhì)為斬波器的電路，通過將輸出電壓、輸出電流及電壓基準(zhǔn)(電壓環(huán)控制基準(zhǔn)耐)引入該電路，使此電路工作于輸出零電壓的一小段狀態(tài)內(nèi)，實現(xiàn)輸出電壓的零電壓起調(diào)。實驗證明該電源可以在0～60V范圍內(nèi)任意設(shè)定輸出。

壓”表實時觀測輸出電壓，“電流”表實時顯示當(dāng)時電壓負(fù)載電流值。
當(dāng)輸出電流大于電流設(shè)定的預(yù)置值時，電源將產(chǎn)生保護(hù)動作，輸出電壓將下降實現(xiàn)恒電流輸出。此時，可以調(diào)節(jié)“電流設(shè)定”旋鈕，順時針為增大方向，來增加電流設(shè)定的預(yù)置值，來使輸出電壓達(dá)到設(shè)定值。過壓保護(hù)動作發(fā)生時，“工作指示”燈熄滅，此時電源主功率部分被關(guān)斷不向外部輸出功率，只有通過關(guān)斷“電源開關(guān)”重啟電源來消除過壓保護(hù)動作。

4 結(jié)語

通過實際測試，本文研制的電源在3kW 負(fù)載下可以長期運行，達(dá)到了電源的設(shè)計要求；主要技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓范圍220+10％V(AC)，單相，頻率50+10％Hz；典型效率90％以上；輸出電壓DC0～60V連續(xù)可調(diào)；輸出電流最大50A(可任意設(shè)定限流點)；功率3000W；負(fù)載調(diào)整率≤0．5％；紋波啪≤20mV，V P~<200mV。保護(hù)功能：過流保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)。