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：400Hz／220V±l0％
(2)输出电压：+4 500V 一1 600V
(3)输出电流：+4 500V／l mA一1 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 000h
(8)延时时间：≥20s

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SGl524，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78LMl5稳压到15V后直接为SGl524供电。SGl524的11脚输出脉冲经V11放大TI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20s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SGl524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→SGl524的10脚电位降低→SGl524工作，输出脉冲。

(2)振荡器频率

SGl524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=3．6V／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R-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56kΩ的电位器和0．001μF电容组成。

(4)反馈

SGl524的基准电源Vref(5V)通过电阻R7，R5分压，分出。1／2Vref=25V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SGl524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SGl524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人端电压增大，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V0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Tl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一1．4，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：

C=Ic(Tr+Tf)／Vce
R=4 Vce／Ic
其中：Ic为最大的集电极电流(A)；
Vce为最大的集电极一发射极电压(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，SGl524的10脚电压被抬高，SGl524关闭，无输出电压，从而保护电源。

当负载过压时，反馈到SGl524的l脚电压流经发光二极管V6，使SGl524的10脚电压被抬高，SGl524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。