靜止變換式航空地面電源PWM電壓控制器的設(shè)計(jì)

圖6PWM控制器保護(hù)電路

3PWM控制器的電路設(shè)計(jì)

3.1PWM控制信號(hào)的電路設(shè)計(jì)

四路PWM控制信號(hào)g1～g4采用全數(shù)字化電路方式，以可編程邏輯器件GAL為核心。這種芯片是一種結(jié)構(gòu)靈活、性能優(yōu)越、功能可靠的可編程邏輯器件，在功能和性能上幾乎可以取代整個(gè)74LS系列、54LS系列、74HC系列和CD4000系列的器件，而且一片GAL器件就能完成幾十片74LS等系列器件完成的邏輯功能，運(yùn)行速度大大提高，同時(shí)可靠性也相應(yīng)提高。此外，GAL芯片可以反復(fù)擦除改寫，且擦除時(shí)間僅用10ms即可完成，不需采用紫外線光源，比EPROM好用許多。

圖4是單相PWM控制信號(hào)生成電路，主要是由3片GAL來(lái)組成，其中IC1，IC2均為GAL16V8，IC3為GAL20V8。若PWM變換器輸出電壓頻率為400Hz，那么要產(chǎn)生圖3的四路PWM控制信號(hào)，控制器的時(shí)鐘脈沖應(yīng)為28.8kHz。由晶體振蕩器及其外圍電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)頻率為1.8432MHz，經(jīng)IC1對(duì)此信號(hào)進(jìn)行64分頻，就可得到時(shí)鐘頻率，也就是PWM信號(hào)的載波頻率，IC2的輸出單元完成時(shí)序邏輯，對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行72分頻編碼，產(chǎn)生信號(hào)Q0～Q6，其中Q0～Q3為時(shí)鐘的9循環(huán)計(jì)數(shù)，Q4為時(shí)鐘的18分頻，Q5和Q6分別為時(shí)鐘的36分頻和72分頻。IC3的功能是完成組合邏輯，分別對(duì)Q0～Q6進(jìn)行與或邏輯組合，便能產(chǎn)生Z1，Z2和g1～g4信號(hào)，g1～g4信號(hào)還應(yīng)與調(diào)壓信號(hào)PW及互鎖信號(hào)T1，T2及故障信號(hào)相綜合才是最終變換成控制信號(hào)G1～G4。

3.2自動(dòng)調(diào)壓電路

自動(dòng)調(diào)壓電路的作用就是敏感變換器輸出電壓，產(chǎn)生受其控制的定頻變寬的脈寬調(diào)制信號(hào)PW，此信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)同步，只是其寬度隨變換器的輸出電壓改變而變化，當(dāng)變換器供電電壓上升而使輸出電壓也相應(yīng)升高時(shí)，調(diào)壓電路就會(huì)改變PW信號(hào)占空比，從而降低變換器輸出電壓，達(dá)到自動(dòng)調(diào)壓的目的。自動(dòng)調(diào)壓電路包括降壓變壓器整流濾波電路，PI調(diào)節(jié)電路及調(diào)制波發(fā)生器。

圖5為調(diào)制波發(fā)生器，該電路以定時(shí)器555為核心，UI為閉環(huán)采樣電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器放大后的敏感電壓，它的大小控制著PW信號(hào)的寬度，由于555的2號(hào)管腳輸入信號(hào)是時(shí)鐘信號(hào)，所以產(chǎn)生的調(diào)制波信號(hào)是與時(shí)鐘信號(hào)同步的，只是占空比不同。UI＋ 5V時(shí) ， VD1截 止 ， VD33導(dǎo) 通 ， 此 時(shí) PW信 號(hào) 占 空 比 最 大 ， 調(diào) 節(jié) 電 位 計(jì) RP8， 使 PW信 號(hào) 占 空 比 為 1， 隨 著 變 換 器 輸 出 電 壓 上 升 ， UI也 逐 漸 上 升 ， 當(dāng) UI>5V時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD33截止，此時(shí)PW信號(hào)占空比逐漸減小，當(dāng)變換器輸出電壓穩(wěn)定在某一值時(shí)，PW信號(hào)占空比也就固定在0.7左右。若由于輸入電壓發(fā)生變化或者負(fù)載的變

化使變換器輸出電壓發(fā)生變化，偏離額定電壓，此時(shí)PW信號(hào)占空比也相應(yīng)發(fā)生變化，最終使變換器輸出電壓穩(wěn)定在額定值范圍內(nèi)，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓的目的。此PW信號(hào)送入IG3的9號(hào)管腳，通過(guò)G3將PW信號(hào)與g1～g4相與后，就可得到受變換器輸出電壓控制的脈寬可調(diào)的PWM信號(hào)。由此可以看出，只要增加調(diào)制波發(fā)生器等調(diào)壓電路就可實(shí)現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)預(yù)置且脈寬可調(diào)的PWM控制，電路簡(jiǎn)單、可靠。

3.3保護(hù)電路

新型PWM控制器保護(hù)電路有兩種功能，一種是電流限制，另一種是故障保護(hù)。前一種是檢測(cè)出開關(guān)管電流超過(guò)其限定范圍，自動(dòng)封鎖PWM控制信號(hào)，當(dāng)電流下降至允許值后，又自動(dòng)解除封鎖。后一種保護(hù)電路是當(dāng)開關(guān)管發(fā)生過(guò)電流、超溫、過(guò)電壓等故障時(shí)，能立刻切除PWM控制信號(hào)，檢查電路，當(dāng)故障排除后按復(fù)位鍵，電路方能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。電路分別如圖6(a)，(b)所示。這些電路圖是某型飛機(jī)地面專用電源中PWM控制保護(hù)電路。由于此變換器采用的開關(guān)管是智能型IGBT，故利用此器件的故障輸出信號(hào)設(shè)計(jì)保護(hù)電路，如圖6(b)所示，四路故障信號(hào)線分別接入四路光耦，由于IGBT內(nèi)部帶有限流電阻，故光耦前不用加限流電阻。當(dāng)有1支IGBT因過(guò)壓，過(guò)流或超溫等而發(fā)出故障信號(hào)時(shí)，74LS74的Q端為低電平信號(hào)，給IC3發(fā)出故障信號(hào)，從而封鎖PWM信號(hào)，同時(shí)發(fā)光二極管VD亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)故障排除后，按復(fù)位開關(guān)S2，電路恢復(fù)正常狀態(tài)，封鎖解除。圖中電容C是吸收干擾信號(hào)，防止74LS74誤觸發(fā)。

電流限制電路工作過(guò)程如下：當(dāng)流過(guò)IGBT的電流IA高于限定值時(shí)（或－IA低于負(fù)限定值），LM358輸出信號(hào)1由高電位跳變至低電位，此信號(hào)送入IC3的“1”號(hào)引腳，通過(guò)IC3與g1～g4相與，從而封鎖PWM控制信號(hào)，流經(jīng)IGBT的電流便逐漸下降，當(dāng)下降至限定值以下時(shí)，LM358又由低電位跳變?yōu)楦唠娢?，解除PWM信號(hào)封鎖，電路進(jìn)入正常狀態(tài)。

此外，此PWM控制器還具有軟起動(dòng)功能和互鎖功能。用在某飛機(jī)地面電源中，效果良好，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)故障。

4結(jié)語(yǔ)

以可編程邏輯器件GAL和調(diào)制波發(fā)生器構(gòu)成的PWM控制器，使用的器件少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。實(shí)踐證明，采用“開關(guān)點(diǎn)預(yù)置可調(diào)脈寬技術(shù)”在大功率地面電源中應(yīng)用非常成功。此外，這種技術(shù)還可推廣應(yīng)用于內(nèi)、外場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室獨(dú)立電源等方面，為軍、民用飛機(jī)或其他工業(yè)領(lǐng)域提供性能與可靠性均高的靜止變換式地面電源。