利用vicor电源模块器件为机载计算机设计高可靠性稳压电源

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1、DesignofHigh－reliabilitySwitchingModePowerSupplyforUsewithAeroplane摘要：利用VICOR电源模块器件为机载计算机设计高可靠性稳压电源。关键词：机载计算机稳压电源抗恶劣环境热设计电磁兼容性掉电保护可靠性1引言机载计算机是一种工作在恶劣环境下的计算机，它必须能够在－55℃至＋60℃的宽温域内正常工作，并能经受严酷的冲击、振动、高低温循环、输入电压拉偏以及电磁兼容性等例行试验。因此，机载计算机同舰载、箭载计算机一样，同属抗恶劣环境计算机。　　直流稳压电源是计算机的生命之泵，但是机上的供电电源(交流115V或直流28.5V)，一般不能

2、直接提供给计算机的各部件使用，必须将供电电源进行隔离并稳压后成为各种所需的直流电源才能供给各部件使用。　　机载计算机是在恶劣的电磁环境下工作，因此必须具有较强的抗电磁干扰能力，而飞机上供电网络的各种干扰(特别是传导干扰)首先进入稳压电源，另外计算机内部产生的各种干扰也经过电源再传入供电网络，从而对其他电子设备产生干扰。所以稳压电源必须能够抑制来自两个方向的电磁干扰，才能使计算机既能正常工作又不干扰其它电子设备。因此，要设计一台抗恶劣环境的机载计算机，必须为之设计出高可靠性的稳压电源。2高可靠性稳压电源的设计　　设计一个高可靠性的稳压电源，必须在以下几个方面做好工作。2.1电源的系统设计　　根

3、据计算机整机对电源总的技术要求(其中包括电源电压种类，输出电流，稳定度和纹波电压，掉电保护，过流、过压保护，抗电磁干扰以及重量、尺寸等)，首先对电源进行系统设计。　　系统设计应考虑的几个主要方面是：　　（1）供电电源的选择　　机上可供选择的供电电源有两种，400Hz、115V交流电源和28.5V直流电源。两种电源各有优缺点，400Hz、115V电源波动小、干扰小，但所需要的器件耐压相对要高；而28.5V电源却相反。根据实际情况可与主机厂协商确定。　　（2）确定电源的系统方案　　电源系统方案的确定在很大程度上决定了电源的性能和可靠性水平，其主要内容有：　　①选择高可靠性的电源元器件；　　②设计

4、电源系统的电路图，并做好必要的试验；　　③合理的热设计和电磁兼容性设计(壳体设计)；　　④其他可靠性设计和可维修性设计。2.2高可靠性稳压电源的设计原则　　（1）选择性能优良、高可靠性的电源元器件　　掌握尽量多的国内外电源元器件信息，创造条件有针对性地对某些器件和电路进行摸底试验，掌握第一手资料是设计高可靠性电源的先决条件。我们选用美国VICOR公司生产的VICOR电源模块作为主要器件，用来设计机载计算机高可靠性稳压电源。　　VICOR电源模块的主要特点是“零电流”开关技术，工作频率高达2MHz，高效率(80％～90％)，高功率密度(54～100W/立方英寸)，高可靠性（MTBF≥100万小

5、时)以及适应输入电压变化范围宽等。　　(2)设计特殊要求的稳压电源　　根据需要，整机可能提出某些有特殊要求的非标准稳压电源。例如某火控机需要±10V精密电源，要求稳定度≤0.1％，纹波电压≤2mV，温度系数≤0.1mV／℃。　　为此我们设计了高性能的线性稳压电源在±15V的基础上进行二次稳压得到精密的±10V稳定电源。　　（3）可靠性设计　　电子技术的发展、电路的高度集成化，不但为计算机其他部件的设计，也为稳压电源的设计带来了极大的方便，省去了许多复杂的电路参数计算。稳压电路本身的集成化，使我们有更多的时间和精力去考虑外围电路的设计以及整机的热设计、电磁兼容性设计和其他可靠性设计。2.3具体

6、设计计算　　(1)输入滤波电容的计算　　AC115V供电的开关电源，一般是直接将AC115V整流滤波成150V左右的直流，再进行DC/DC变换。现以某电子组件的电源为例来计算输入滤波电容。其原理框图如图1所示。　　电容器C1有两个功能，一是平滑滤波作用，二是储能作用。因此，也有两种计算方法：图1整流滤波原理框图　　①根据需要的纹波系数利用图表来计算例如，若要求纹波系数r=0.5％，由图表(在计算机设计手册的电源模块设计中已列入)可查得ωC1RL=90(1)ω=2πff=400HzRL=150V/1.2A=125Ω由(1)式可计算出：C1=286μF　　②根据所需的储能时间来计算DC/DC变换

7、器的输入电压范围为DC100～300V，即当输入电压Ui<100V时，输出电压将开始下降。根据能量守恒定律E2－E1=E以某电子组件为例　　最大输出功率POM=135W，　　假设所需储能时间为5ms，则(2掉电保护电路的设计与参数计算　　火控计算机为了在瞬时掉电时不丢失信息，要求电源具有掉电保护功能，如要求电源正常供电时提供一低电平，而当掉电瞬间＋5V电源下降到4.6V这一期间提供并维持一高电平。　　某火控计