一種新型機(jī)載270V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、    一種新型機(jī)載270v直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)    王雙虎 宋銳紅摘 要：270v高壓直流電源因?yàn)槠湫矢?、可靠性好、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已成為各種戰(zhàn)機(jī)電氣系統(tǒng)供電體制的首選方案。作為各種機(jī)載設(shè)備的前期試驗(yàn)平臺(tái)改裝試驗(yàn)機(jī)，為了可以為其被試設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)的電源輸入，必須在機(jī)上加裝相應(yīng)的acdc電能變換器。文章即針對(duì)這一需求，提出了一種啟動(dòng)性能好、抗干擾能力強(qiáng)的270v直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案，并很好地滿足了被試系統(tǒng)的用電需求。關(guān)鍵詞：270v直流；軟起控制；整流；濾波；諧波抑制：tn86 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a ：2095-2945（2018）26-0074-03ab

2、stract： because of its high efficiency， good reliability， light weight and many other advantages， 270v hvdc power supply has become the first choice of power supply system for various aircraft electrical systems. as the pre-test platform of all kinds of airborne equipment - refit testing machine， in

3、 order to provide high-quality power input for the tested equipment， it is necessary to install the corresponding acdc power converter on the machine. aiming at this demand， this paper puts forward a design scheme of 270v dc regulated power supply， which has good startup performance and strong anti-

4、interference ability， and satisfies the power demand of the tested system.keywords： 270v dc （direct current）； soft start control； rectification； filter； harmonic suppression1 概述隨著當(dāng)前飛機(jī)航電系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的高度綜合化和復(fù)雜化，這些系統(tǒng)的試飛時(shí)間占飛機(jī)整個(gè)試飛周期的比重不斷加大，為了降低系統(tǒng)研制風(fēng)險(xiǎn)、縮短研制周期，借鑒歐美等國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)，可以在飛機(jī)型號(hào)研制的同時(shí)建設(shè)能夠開(kāi)展各個(gè)任務(wù)系統(tǒng)試驗(yàn)的飛行試驗(yàn)平臺(tái)，因此改裝試驗(yàn)

5、機(jī)則應(yīng)運(yùn)而生。某型飛機(jī)能否改裝為一架試驗(yàn)機(jī)，其首要條件之一就是該型飛機(jī)電源容量及電源品質(zhì)能否滿足被試系統(tǒng)用電設(shè)備的用電需求。目前我國(guó)改裝為試驗(yàn)機(jī)的飛機(jī)平臺(tái)可提供的電源多為115v/400hz三相恒頻交流電源，而被試系統(tǒng)的用電需求多為28v直流電源及270v直流電源，其中270v電源的比例越來(lái)越大，為了能正常為被試系統(tǒng)進(jìn)行供電，必須在試驗(yàn)機(jī)上加裝一套acdc電能變換器，將飛機(jī)電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換為被試系統(tǒng)設(shè)備需要的直流電源。早期，由于被試系統(tǒng)用電功率小，占整個(gè)原機(jī)電源系統(tǒng)總功率的比例也不大，所以傳統(tǒng)的二極管橋式整流器諧波電流大、功率因數(shù)低等缺點(diǎn)并未受到重視。但是隨著被試系統(tǒng)的復(fù)雜化和集成化，整流型負(fù)載的

6、功率顯著增加，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的acdc整流器，飛機(jī)電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量將難以滿足要求。此外，脈沖電流中含有大量的高次諧波成分，還會(huì)引起電磁干擾，對(duì)原機(jī)的通信和導(dǎo)航設(shè)備的安全性、可靠性帶來(lái)負(fù)面的影響。因此，基于以上原因，本文提出了一種新型的機(jī)載270v直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案，對(duì)諧波電流有很好的抑制作用，并且已經(jīng)在某架改裝試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。2 系統(tǒng)組成270v直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，主要由三部分組成：三相輸入濾波和整流部分；兩級(jí)開(kāi)關(guān)功率變換部分；輸出整流和濾波部分。3 工作原理3.1 輸入濾波單元輸入濾波器由三組電容器組成三角形電容濾波器。由于變壓器電抗的存在，使得整流器延遲換向，產(chǎn)生很強(qiáng)

7、的高次諧波，該高次諧波通過(guò)變壓器鐵芯感應(yīng)到變壓器的初級(jí)繞組，使輸入電壓波形失真，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。而電容濾波器則是一個(gè)去高留低的高通濾波器，利用它就能將輸入電流端的高次諧波濾掉，減小對(duì)輸入電源的影響，減小電磁干擾。3.2 軟起控制單元軟起控制單元的主要作用是實(shí)現(xiàn)電源的軟啟動(dòng)和故障保護(hù)，保證在緊急情況下電源模塊與飛機(jī)電網(wǎng)的有效隔離。軟起控制單元的電路原理圖及時(shí)序控制電路如圖2所示，主要由通斷接觸器和軟啟電阻組成。時(shí)序控制電路的基本原理為：首先c53充電，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間充滿后q51導(dǎo)通，zj1和zj2動(dòng)作，此時(shí)zj2-1閉合給c52充電，再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間充滿后q52導(dǎo)通，zj3動(dòng)作。3.3 變壓整流

8、單元變壓整流單元的電路原理圖如3所示，主要由中頻主變壓器、兩組三相橋式整流器及平衡電抗器組成。中頻主變壓器可對(duì)輸入輸出電路進(jìn)行有效的電氣隔離，功率傳遞效率高，且對(duì)波形有良好的矯正特性，從而大幅減小輸入干擾。中頻變壓器是一個(gè)三繞組變壓器，一個(gè)初級(jí)繞組和兩個(gè)次級(jí)繞組。初級(jí)繞組為帶中線的星形（y）連接，次級(jí)繞組分別采用一個(gè)星形（y）連接和一個(gè)三角形（）連接。利用二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯(cuò)開(kāi)30°，從而使輸出整流電壓在每個(gè)交流電源周期內(nèi)脈動(dòng)12次，這樣可以提高整流頻率，使輸出整流電壓更加平滑。整流器是由兩組三相橋式整流器通過(guò)平衡電抗器并聯(lián)組成。兩組整流橋的結(jié)構(gòu)完全相同，利

9、用整流二極管的單向?qū)щ娦?，將變壓器輸出的交流電整流成高壓直流電源。平衡電抗器是為了平衡兩組整流橋間的電位差，使兩組整流橋的電位相等，從而使得兩組整流橋同時(shí)導(dǎo)電。3.4 功率變換單元功率變換單元的電路原理圖如圖4所示，其主要由功率逆變器和功率變壓器組成。功率逆變器采用全橋逆變電路，主要作用是將整流電路得到的直流高壓電逆變?yōu)楦哳l高壓的脈沖。功率變壓器是開(kāi)關(guān)電源部分的主功率器件，主要實(shí)現(xiàn)降壓、輸入與輸出的電氣隔離及功率傳遞等功能。3.5 輸出整流濾波單元輸出整流濾波單元主要由橋式整流器及輸出濾波器組成。橋式整流器的主要作用是將功率變壓器副邊的高頻脈沖整流得到直流高壓電。輸出濾波器也是由電容濾波器組成

10、，利用去高留低的原理，將輸出直流電壓波形中的高次諧波濾掉。從而得到平滑穩(wěn)定的270v輸出。3.6 輔助電源輔助電源模塊的主要作用是為輸入接觸器、控制單元和驅(qū)動(dòng)單元提供獨(dú)立電源，輸入為交流單相115v電源，輸出為兩路直流28v電源。由于輸入接觸器保持和動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生較大電流和干擾，所以由一路獨(dú)立的28v電源供電?？刂坪万?qū)動(dòng)單元由一路28v電源單獨(dú)供電，其所需的12v和15v電源由wrb2415cs、wrb2412cs、vra2415ld等電源模塊再次變換得到。3.7 控制保護(hù)單元控制單元采用集成化的專用pwm控制芯片，芯片本身可以輸出兩路帶死區(qū)的互補(bǔ)的pwm信號(hào)，保證功率器件的正常工作。保護(hù)單元主要

11、將檢測(cè)到的電壓信號(hào)、電流信號(hào)及過(guò)熱信號(hào)等進(jìn)行分析，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)封鎖輸出，保證用電安全。3.8 驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)單元的主要功能是將控制信號(hào)的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為有足夠能力的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保證功率器件的正?？煽抗ぷ鳌? 結(jié)束語(yǔ)本文針對(duì)傳統(tǒng)的acdc電能變換器存在的缺陷和不足，提出了一種新型的直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案，并且通過(guò)在某型改裝試驗(yàn)機(jī)上的實(shí)際使用情況，證明該電源對(duì)電流諧波有很好的抑制作用，可以滿足試驗(yàn)設(shè)備的用電需求。參考文獻(xiàn)：1陳衛(wèi)華，鐵誠(chéng)，等.飛機(jī)270v電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及仿真技術(shù)研究j.飛機(jī)設(shè)計(jì)，2010，30：60-63.2王慧貞，秦海鴻，等.飛機(jī)高壓直流電力系統(tǒng)的發(fā)展j.電源學(xué)報(bào)，2008，2：163-168.3萬(wàn)偉悅，嚴(yán)仰光.現(xiàn)代飛機(jī)電源系統(tǒng)及其發(fā)展j.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2011，3：4