高压开关电源的应用电路设计

　　　　随着电源技术的不断发展和成熟，开关电源作为一种体积小、重量轻、高频、高效率的电力变换装置，被广泛用于各个领域。雷达显示器作为雷达系统的“眼睛”要求起其具有高可靠性，而其电源的可靠性则要求更高。
   　　　　下面是某型雷达显示器对高压电源的技术要求：
   　　　　（1）输入电压：400 Hz／220 V±10％
   　　　　（2）输出电压：＋4 500 V　－1 600 V
   　　　　（3）输出电流：＋4 500 V／1 mA－1 600V／1mA
   　　　　（4）负载稳定度：≤10－3
   　　　　（5）电压稳定度：≤5×10－3
   　　　　（6）输出电压纹波：≤1×10－3
   　　　　（7）MTBF：≥5 000 h
   　　　　（8）延时时间：≥20 s
   　　　　1　概　述
   　　　　为了达到上述要求，本变换器采用了双端输出式脉冲宽度调制器SG1524，他的功能较全、使用灵活、价格便宜。　　
   　　　　整个电路由图1所示的几个部分组成，输入电压经过全桥整流滤波后送给VICOR模块(VI-J63CZ)进行DC/DC 变换，输出为直流24 V电压，再经78LM15稳压到15 V后直接为SG1524供电。SG1524的11脚输出脉冲经V11放大T1隔离后，再经V21功率放大，脉 冲变压器升压后再经整流滤波输出高压。
   
   　　　　2　电路设计
   　　　　（1）延时电路
   　　　　由于显示器示波管的灯丝需要20 s的预热时间，故需设置一个延时电路，以延缓给示波管阳极上加高压，由于SG1524内部设置了一个完全独立控制关闭的电路，通过控制其10端的电位即可控制整个脉宽调制器的输出。如图2所示。　　　　
   
   　　　　加电→R32，R33分压→经R2给C2充电→V5导通→SG1524的10脚电位降低→SG1524工作，输出脉冲。     
   　　　　（2）振荡器频率
   　　　　SG1524的振荡器频率fosc由外接元件R6，R4决定，即fosc＝1／R6C4，式中R6的单位为Ω，C4的单位为μF，电容C4的充电电流I＝3．6 V／RT，电容C4的容量大小直接影响振荡器的输出脉冲宽度，故C4不能取得太小，若振荡器的输出脉冲宽度小于0．5μs，则不能保证每一个脉冲都能触发翻转，为了保证触发器工作可靠，C4的容量一般在0．001μF～0．1。
   　　　　（3）补偿网络
   　　　　管脚9为补偿端，此处接上P-C补偿网 络给电路引入一个0点来抵消电路输出滤波器中的极点，从而消除掉电路寄生振荡。此处R-C补偿网络采用56 kΩ的电位器和0．001μF电容组成。
   　　　　（4）反馈
   　　　　SG1524的基准电源Vref（5 V）通过电阻R7，R5分压，分出。1／2 Vref＝25 V加于误差放大器EA的同相输入端脚2。
   　　　　高压经R30，R31分压滤波送至场效应管V17，经V17电压放大后，再经射随器输出，送至SG1524的1端。假设电源电压降低或负载电阻变小引起输出电压降低时，则反馈到SG1524内的误差放大器反相输入端1的电压将减小，误差放大器输出电压将增加，从而使加到脉宽调制比较器反相输入端电压增大，输出晶体管的导通时间变大，故功率晶体管导通时间也变长，占空比Q变大，从而使输出电压Vo能回到原来的稳定值。反馈电路如图3所示。　
   
   
   　　　　（5）驱动与整流
   　　　　经过T1的隔离，通过调整电阻R13使输入V21的脉冲宽度变化从而达到调压的目的。其中加速电容C5、电阻R13按V21的稳态驱动电流确定。
   　　　　驱动与整流电路如图4所示。　　
   
   
   　　　　能量回授线圈（消磁线圈）将变压器多余的能量通过整流二极管V24（2CK29）回授到电源中去可提高效率。由于晶体管V21关断过程是开关管最易损坏的时间，因此采取的措施为在晶体管关断，集电极电压上升的同时，需较快的减少集电极电流。　　　　　　　　　　
   　　　　图4中使用RC缓冲器接在晶体管的CE两端时，在关断晶体管时以减少晶体管集电极电流，其工作原理是当晶体管关断时，电容C10通过二极管V22被充电到Vc－1．4，这样集电极电流有了分路，集电极电流能较快地减少。当晶体管V21导通时，C10通过电阻R23和晶体管V21放电。对于参数的选择可按经验公式求得：　　　　
   
   　　　　其中：Ic为最大的集电极电流（A）；Vce为最大的集电极－发射极电压（V）；Tf为最大的集电极电压上升时间（μs）；Tr为最大的集电极电流下降时间（μs）；
   　　　　注：计算的电阻值，必须限制放电电流Idis（Idis＝Ic×1／4）。  
   　　　　（6）过流与过压保护
   　　　　当负载过流时，经脉冲变压器次级耦合，其初级也过流，流过R24的压降增大，光耦PHT导通，SG1524的10脚电压被抬高，SG1524关闭，无输出电压，从而保护电源。
   　　　　当负载过压时，反馈到SG1524的1脚电压流经发光二极管V6，使SG1524的10脚电压被抬高，SG1524关闭，无输出电压，从而保护电源。
   　　　　3　结　语
   　　　　随着这种电源应用量的不断增加，证明其具有较高的工作效率和良好的可靠性，完全满足雷达系统对各分机设计要求。