Buck DC／DC變換器在星載開關(guān)電源中的應(yīng)用

摘要：介紹了一款可用于星載開關(guān)電源的Buck DC／DC變換器。為滿足星載開關(guān)電源的需要，相對于傳統(tǒng)的BuckDC／DC變換器，該變換器在消浪涌電路、啟動電路、驅(qū)動電路、過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)上做了一些改進(jìn)，重點(diǎn)分析了其工作原理，并給出了相關(guān)設(shè)計(jì)公式。該變換器轉(zhuǎn)換效率高，可廣泛應(yīng)用于星載開關(guān)電源。
關(guān)鍵詞：變換器；開關(guān)電源；星載

1 引言
隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，星載開關(guān)電源成為電源行業(yè)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)，相對于民用開關(guān)電源，星載開關(guān)電源在可靠性要求，器件選用等諸多方面有很大的不同。這里介紹了一款可用于星載開關(guān)電源的Buck DC／DC變換器，該變換器相對于傳統(tǒng)的Buck DC／DC變換器在消浪涌電路、啟動電路、驅(qū)動電路、過流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)上做出改進(jìn)，以滿足星載開關(guān)電源在可靠性指標(biāo)上的要求。

2 電路設(shè)計(jì)
2．1 總體電路設(shè)計(jì)
Buck變換器輸入、輸出不隔離，穩(wěn)壓控制方式采用負(fù)載端直接采樣反饋控制方式。變換效率相對于隔離變換器要高出很多，同時(shí)電壓是降壓變換，要求脈寬調(diào)制器輸出驅(qū)動信號的占空比大于50％，因此選用UCx843做為控制芯片。
2．2 主要功能電路及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)
2．2．1 輸入浪涌電流抑制電路
作為一次電源直接用電負(fù)載的Buck變換器輸入端有濾波電容，在開機(jī)加電瞬間由于濾波電容的充電，會有很大的瞬時(shí)輸入充電浪涌電流。輸入浪涌電流抑制電路是針對解決輸入濾波電容充電浪涌電流而設(shè)計(jì)的，電路原理如圖1所示。

電路基本原理是：輸入正線端串接N溝道MOSFET管(VQ1)，R1和C1，C2組成的延時(shí)網(wǎng)絡(luò)向VQ1柵極加電，使得VQ1逐漸導(dǎo)通，利用MOSFET管的跨導(dǎo)特性給輸入濾波電容充電，以減小瞬時(shí)輸入充電浪涌電流。電路穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，VQ1工作于飽和區(qū)?？紤]到RCC啟動電路帶來的浪涌電流及EMC設(shè)計(jì)上的需要，將RCC啟動電路放在輸入濾波電路后，加電后首先通過8 V繞組給MOSFET管柵極充電，使柵極電壓達(dá)到MOSFET管的閾值電壓，MOSFET管導(dǎo)通，MOSFET管源極只要能達(dá)到約20 V就能使RCC啟動電路工作，從而通過RCC電路的輔助繞組提供柵-源間8 V的電壓。之所以將MOSFET管放在正線上是因?yàn)锽uck變換器輸入輸出不隔離，放在回線上的MOSFET管相當(dāng)于漏、源極短路，未能起到抑制浪涌電流的作用。VQ1柵-源的開啟電壓為4．3 V，在7 V以上時(shí)達(dá)到全導(dǎo)通狀態(tài)。柵-源電壓由RCC啟動電路8V輔助繞組獲得。
首先確定啟動電容C1，C2的參數(shù)，然后根據(jù)電容器的參數(shù)，計(jì)算出R1的參數(shù)。在實(shí)際電路中，還要考慮后續(xù)電路的影響。因此，需根據(jù)實(shí)際情況，對電阻器的參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，使Buck變換器的輸入浪涌電流和啟動特性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)由于柵極電壓對地達(dá)到了50 V，因此在電容器的選擇上要考慮耐壓值。
2．2．2 輸入濾波電路
該電路是由差、共模電感和電容器組成的低通濾波電路，允許低頻的脈沖電流流過，對頻率較高的噪聲干擾進(jìn)行抑制。其作用是防止Buck變換器本身產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)入一次母線，同時(shí)防止一次電源母線上的干擾進(jìn)入Buck變換器內(nèi)部，影響B(tài)uck變換器的正常工作。電路原理框圖如圖2所示。