某机载三相交流稳压电源的研制

摘要：介绍了某机载三相交流稳压电源的研制情况。对电源电路进行了分析、计算和计算机仿真。应用高频脉宽调制斩波调感技术，以MOS场效应管取代了传统的双向晶闸管，用脉宽调制取代了相控技术。通过对电路的优化设计，降低了输入谐波电流。

关键词：谐振；交流稳压；计算机仿真

Development of Air-borne3phase AC Power Regulator

MENG Ying-wu,DING Yu

Abstract:The development of air-borne 3-phase AC power regulator is introduced. The analysis, calculation, and computer emulation of the circuit are provided. In order to reduce the AC source current deformation, the replacement of the thyristor controlled reactor by high freguency pulse width controlled reactor and the substution of MOSFET for TRIAC are used.

Keywords:Resonance;ACregulation;Computeremulation

1 引言

本文介绍的机载交流稳压电源的主要功能是为航空电子系统中的众多传感器提供交流激磁信号，要求性能稳定、小型轻量、高效率、高可靠性。大约在上世纪70年代，国外先进的作战飞机上使用的交流稳压电源，采用了变压器补偿式稳压技术，其原理是用多个补偿变压器组合，通过控制电路，切换补偿变压器进行补偿，补偿是有级的。而且所需的补偿变压器和切换开关较多，电路较复杂，补偿精度低。由于使用的中频补偿变压器较多，交流稳压电源的体积、重量大。

近几年来，国内关于交流稳压电源的研究较为活跃，其研究的主要内容一种是线性谐振型技术及其改进;另一种是开关型交流稳压电源。线性谐振型（也称正弦能量分配器），它是通过LC谐振参量的改变使交流输出电压得到调整，以连续可调式获得优越的稳压性能。主电路中不含电力半导体器件，线路简单、可靠性高。但是由于存在输入电压范围不够宽，源端空载无功电流和谐波电流较大，以及容易发生振荡等缺点，使其发展和应用受到了限制，特别是在大功率场合的应用比较少。开关型交流稳压电源采用了先进的高频开关电源技术，可以减小体积、重量、节省铜铁材料，具有效率高，响应速度快等优点。它先将交流整流成脉动的直流，再通过高频脉宽调制（PWM）技术，将脉动的直流逆变成交流。再通过相位跟踪与转换电路取得与输入侧同频同相的补偿电压，加在输入与输出之间，使输出电压稳定。这项技术成为当今交流稳压电源技术发展的方向。但是，由于开关型交流稳压电源控制电路较复杂，国内微电子技术及其工艺技术发展较慢，目前还不可能提供专用控制芯片，所以难于推广。

本文结合型号任务的研制，对线性谐振型交流稳压电源进行了研究，用先进的高频开关MOS场效应管取代传统的双向晶闸管，用高频PWM取代相控技术。通过对电路的优化设计，减小了谐波电流。调试和试验表明，该产品的控制电路简单，波形失真度小，性能稳定，已经用于某型号任务中。

2 电路设计及计算机仿真

2.1 电路基本原理

该交流稳压电源的核心是单相36V400HzAC/AC稳压电路。它采用的是高频PWM斩波器调感法构成的新型交流稳压电源电路，具有产生谐波小，抗各类电磁干扰，稳压精度高，动态响应快等诸多优点。其电路原理如图1所示。

图1 高 频 PWM斩 波 器 式 稳 压 原 理 图

图1中由L1，V1～V4，C3，V等构成高频PWM斩波电路。为减小MOS场效应管V的开关损耗，加入了由电阻，电容和二极管等元器件组成的软开通关断缓冲网络（RCDNET）。

图1中的电感L1和高频PWM斩波支路，可用一等效电感Lx来表示。Lx是PWM斩波器中功率场效应管V导通占空比的函数。经推导[3]可得：

Lx=L1/D (1)

式中：D为V管的导通占空比。

同理，图1中LxC2并联电路的阻抗Z也是D的函数:

Z=jLxω/(1－ω2C2Lx) （2）

式中：ω为输入源Uin的角频率。

当输入电压降低或负载加重引起输出电压降低时，D增大，LxC2支路呈感性，支路电流在线性电感N2线圈上的压降与Uin同相，耦合到N3线圈上的电压UN3与Uin串联相加后补偿了输入电压的不足。

当输入电压升高或负载减轻引起输出电压升高时，D减小，LxC2支路呈容性，支路电流在线性电感N2线圈上的压降与Uin反相，耦合到N3线圈上的电压UN3与Uin串联相减后抵消了过剩的输入电压。

由以上分析可知，通过对输出电压进行采样闭环反馈控制导通占空比D的大小，自动改变N3线圈上电压的大小和相位，可实现输出电压的稳定。

2．2 电路参数选择

将L1和高频PWM斩波器支路等效为一电感Lx后，则图1电路为一线性电路，将其中的耦合电感L2，L3进行去耦等效，并忽略L4，C1滤波支路后