航天器用厚膜DC/DC模块电源电路

摘要

本发明公开了一种航天器用厚膜DC/DC模块电源电路，它包括输入滤波电路、隔离启动电路、推挽功率变换电路、整流滤波电路、脉宽调制电路、隔离驱动电路、采用比较电路及控制和保护电流采样电路，输入滤波电路分别连接隔离启动电路、控制和保护电流采样电路；脉宽调制电路分别连接隔离驱动电路、采用比较电路、控制和保护电流采样电路、隔离启动电路；隔离驱动电路连接推挽功率变换电路；推挽功率变换电路连接整流滤波电路。本发明大幅度提高了星用二次电源的可靠性和使用寿命，缩小了卫星二次电源的体积和重量。对扩大卫星的容量和有效载荷、提高整星战术技术水平，有着十分重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及电源电路，具体地说是一种航天器用厚膜DC/DC模块电源电路。

背景技术

DC/DC模块电源将一种直流电压变换为另一种(或几种)直流电压、为电子仪器及设备提供电源，故DC/DC模块电源又称为二次电源；作为众多电子设备的必备组成部分，DC/DC模块电源广泛用于移动通讯、微波通讯以及光传输等通信领域和计算机、电视、冰箱等办公家用电器及汽车电子、武器装备、航空航天等。

在航天领域，作为二次电源变换的DC/DC模块电源是各航天器最基础的部件产品，在航天器上起着至关重要的作用。尤其是近几年由于世界各国对航天技术的发展高度重视，将其视为国家实力的标志、国家军事战略的制高点，未来军事武器的主角，以及航天器能源系统由集中供电向分布式供电方式的转变，DC/DC模块电源在航天领域的应用更广泛。航天器能源系统主要由一次电源、配电器及二次电源组成。一次电源主要有太阳能电池阵-蓄电池组联合电源、化学电源、核电源等，二次电源就是DC/DC模块电源。DC/DC模块电源的功能是卫星、飞船等各类航天器在地面测试和在轨运行的各阶段将航天器的一次母线电压变换成星上各分系统及设备所需电压，提供给星上电子设备使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器用厚膜DC/DC模块电源电路，它大幅度提高了星用二次电源的可靠性和使用寿命，并大大缩小了我国卫星二次电源的体积和重量。对于扩大卫星的容量和有效载荷，提高整星战术技术水平，将有着十分重要的意义。

本发明的目的是这样实现的：

一种航天器用厚膜DC/DC模块电源电路，它包括输入滤波电路1、隔离启动电路2、推挽功率变换电路3、整流滤波电路4、脉宽调制电路5、隔离驱动电路6、采用比较电路7及控制和保护电流采样电路8，输入滤波电路1分别连接隔离启动电路2、控制和保护电流采样电路8；脉宽调制电路5分别连接隔离驱动电路6、采用比较电路7、控制和保护电流采样电路8、隔离启动电路2；隔离驱动电路6连接推挽功率变换电路3；推挽功率变换电路3连接整流滤波电路4；整流滤波电路4设有单路输出或双路输出。

所述脉宽调制电路5由集成电路U1、电阻R11～R15、R18、电容C8～C11、C13、C14、C17、三极管VQ2、电容C3、C14、电阻R4组成，具体形式为：集成电路U1引脚1接电阻R13、电容C9一端；集成电路U1引脚2接电阻R12、电容C8一端、电阻R13另一端；集成电路U1引脚3接电容C11一端、电容C9、电容C8另一端、电阻R11一端；集成电路U1引脚4接电容C11另一端、电容C14、电阻R10、电阻R14一端；集成电路U1引脚5接电阻R12、电阻R11另一端；集成电路U1引脚6接电容C13一端；集成电路U1引脚7接电容C13另一端；集成电路U1引脚8接电容C17一端、电容C14另一端，三极管VQ2基极；电容C17另一端接地；电容C14另一端接电容C11另一端、电阻R10、电阻R14一端；三极管VQ2发射极接电阻R10另一端；三极管VQ2集电极接电容C3、电阻R4另一端；集成电路U1引脚9接电阻R18一端；电阻R18另一端接地；集成电路U1引脚10悬空；集成电路U1引脚11接隔离变压器T3引脚2；集成电路U1引脚12接地；集成电路U1引脚13接电阻R15一端；集成电路U1引脚14接电容C10一端；电容C10另一端接隔离变压器T3引脚1；集成电路U1引脚15接电阻R15另一端、电容C16一端；电容C16另一端接地；集成电路U1引脚16接电容C15一端；电容C15另一端接地。

所述整流滤波电路4单路输出时采用全波整流电路，由二极管VS1、VS2、互感器LCM2、电容CA2组成，具体形式是：二极管VS1引脚1接主变压器T2引脚6；二极管VS1引脚2接电感互感器LCM2一端、二极管VS2引脚2；二极管VS2引脚1接主变压器T2引脚4；电感互感器LCM2另一端接电容CA2引脚1、输出+VOUT。

所述整流滤波电路4双路输出时采用全桥整流电路，由二极管VS1～VS4、互感器LCM2、电容CA2、CA3组成，具体形式是：二极管VS1引脚1接主变压器T2引脚6、二极管VS3引脚2；二极管VS1引脚2接二极管VS2引脚2、互感器LCM2引脚1；二极管VS2引脚1接二极管VS4引脚2、主变压器T2引脚4；二极管VS4引脚1接二极管VS3引脚1、互感器LCM2引脚4；互感器LCM2引脚2接电容CA2引脚1、输出+VOUT、电阻R7另一端；互感器LCM2引脚3接CA3引脚2、输出-VOUT、电阻R8另一端；电容CA2引脚2接电容CA3引脚1、输出地GND2。

所述隔离启动电路2由变压器T1、三极管VQ1、二极管VD1、VD2、VD3、电阻R1、R2、R5、R6、电容C1、C2、C7、C7*、C16组成，具体形式是：变压器T1引脚1接输入滤波电路(1)；电阻R1一端接电容C1一端、三极管VQ1发射极；三极管VQ1基极接电阻R2、R5一端、二极管VD2引脚2；变压器T1引脚2接电容C1另一端、三极管VQ1集电极；变压器T1引脚3接电阻R5另一端、二极管VD4正极、二极管VD3引脚2；二极管VD3引脚1接电容C7、电容C7*、电阻R6一端、二极管VD2引脚1；变压器T1引脚4接电容C7、电容C7*、电阻R6另一端、接地；变压器T1引脚5接二极管VD1引脚1；二极管VD1引脚2接电容C2一端；变压器T1引脚6接电容C2、电容C16另一端。

所述控制和保护电流采样电路8由电流取样环TP1、电阻R3、R9、R14、R16、电容C6、C11、C15、二极管VD5组成，具体形式是：电流取样环TP1引脚1接电阻R9、电阻R3、电容C15一端；电流取样环TP1引脚2接电阻R9另一端、电阻R14、电阻R16、电容C6一端；电阻R16另一端接电容C6另一端、二极管VD5正极；VD5负极接电阻R3、电容C15另一端。

本发明与国内、外同类电源电路相比具有如下突出特点：

1、用隔离式启动电路——电路简单、元器件少、辅助供电稳定性强。

2、采用后置PWM电路——有利于整体线路稳定度的提高。

3、采用电流型推挽隔离驱动设计——最大程度的提高了主变压器的磁芯利于率，并可有效避免推挽电路磁偏移现象的发生。

4、电路简单、元器件用量少——有利于厚膜工艺的批量化生产和可靠性的进一步提高。

5、摒弃光电耦合器件作为隔离反馈的设计思路，采用隔离启动、磁隔离驱动技术实现电源的输入、输出级的隔离——从线路的拓扑结构上保证电源的抗辐照性能。

6、设计冗余度高——线路稳定性高、生产性极佳。

7、相位裕度和响应频率高——线路的各项性能参数都超过了国内、国外同类产品。

附图说明

图1为本发明方框图

图2为本发明单路输出电路原理图

图3为本发明双路输出电路原理图

具体实施方式

参阅图1、图2，本发明输入滤波电路1包括电感LCM1、电阻CA1，主要作用是滤除一次输入28V母线对电源内部的电压/电流噪声；滤除电源内部对一次输入28V母线的电压/电流噪声，减小反射噪声；隔离启动电路2包括变压器T1、三极管VQ1、二极管VD1、VD2、VD3、电阻R1、R2、R5、R6、电容C1、C2、C7、C7*、C16，该电路给后置的双端电流型脉宽调制(PWM)电路5提供启动电压，并持续为之提供高稳定的供电电压；推挽功率变换电路3包括功率管VK1、VK2、变压器T2，它采用标准双端推挽式功率变换电路，两只功率管交替导通，同时交替的通过主变压器给输出传输能量；全波整流滤波单路输出电路4包括二极管VS1、VS2、互感器LCM2、电容CA2，它采用标准全波整流及滤波电路，将主变压器的交变能量整流成直流电压并进一步滤除交流分量；脉宽调制电路5由集成电路U1、电阻R11～R15、R18、电容C8～C11、C13、C14、C17、三极管VQ2、电容C3、C14、电阻R4组成，作用是设定工作频率、提供基准电压、比较电压设定、比较及保护电流设定、斜波补偿设定、软起动时间设定、提供驱动脉冲、脉冲调宽以及误差信号比较，为核心电路；隔离驱动电路6由隔离变压器T3组成，作用是后置的脉宽调制电路5通过隔离变压器T3驱动前置双端推挽功率管，使之交替导通；采用比较电路7由电阻R7、R8、R17、电容C12组成，作用是比例设定输出电压，并于设定的基准电压进行比较；控制和保护电流采样电路8由电流取样环TP1、电阻R3、R9、R14、R16、电容C6、C11、C15、二极管VD5组成，作用是比例设定电流值，用于实现电流环路的有效控制以及实现电源的输出过流和短路保护控制。

参阅图3，本发明的全波整流滤波双路输出电路4由二极管VS1～VS4、互感器LCM2、电容CA2、CA3组成，采用标准全波整流及滤波电路，将主变压器的交变能量整流成直流电压并进一步滤除交流分量。

本发明最适合采用厚膜混合微组装工艺技术制造小型化、轻量化，高可靠性和长寿命的厚膜DC/DC模块电源产品。

本发明各项电性能指标如下：

单路输出

    项目    电性能指标  单位  与国外对比    输入电压范围    15V～50V  V  同等水平    最大输出功率    15  W  同等水平(同尺寸)    关断信号电压    0(接一次地)  V  相当    关断脚开环电压    2.1～4.5  V    输入电流纹波    ≤50  mA_P-P  优于国外    输入电压纹波    ≤50  mV_P-P  优于国外    输出电压精度    1  ％  相当    线性调整率    0.5  ％  优于国外    负载调整率    0.5  ％  优于国外    输出电压噪声    1  ％V_OUT  相当    效率    80  ％  优于国外    负载阶    跃特性响应幅度    ±200  mV  优于国外恢复时间    ≤300  uS  相当    输入阶    跃特性响应幅度    ±200  mV  优于国外

    恢复时间    ≤400    uS    相当    启动    特性    时间    ≤20    mS    相当    过冲幅度    ≤200    mV    优于国外

双路输出

  项目  电性能指标  单位   与国外对比  输入电压范围  15V～50V   V   同等水平  最大输出功率  15   W   同等水平(同尺   寸)  关断信号电压  0(接一次地)   V   相当  关断脚开环电压  2.1～4.5   V  输入电流纹波  ≤50   mA_P-P   优于国外  输入电压纹波  ≤50   mV_p-p   优于国外  输出电压  精度  +V_OUT  -V_OUT  1   ％   相当  效率  80   ％   优于国外  线性调整率  +V_OUT  -V_OUT  0.5   ％   优于国外  0.5  负载调整率  +V_OUT  -V_OUT  0.5   ％   优于国外  0.5  交叉调整率  +V_OUT  -V_OUT  3   ％   相当  输出电压噪声  +V_OUT  -V_OUT  1   ％  V_OUT   相当  负载阶跃  响应幅度  +V_OUT  -V_OUT  ≤±200   mV   优于国外   mV  负载阶跃恢复时间  +V_OUT  -V_OUT  ≤±1000   uS   相当   uS  输入阶跃响  应幅度  +V_OUT  -V_OUT  ≤±300   mV   优于国外   mV  输入阶跃  恢复时间  +V_OUT  -V_OUT  ≤1000   uS   相当   uS  启动时间  +V_OUT  -V_OUT  ≤50   mS   相当  启动过冲  ≤400   mV   优于国外