專利名稱：一種具有自動(dòng)均流功能的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有自動(dòng)均流功能的開關(guān)電源，屬于航空航天電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空電源作為飛行器的動(dòng)力源是航天設(shè)備的重要功能系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著為其他功能系統(tǒng)供電的重要任務(wù)。隨著近代航天設(shè)備的性能不斷提高，各種用電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的要求越來越高，使航天電源日益向高功率密度、高效率、高開關(guān)頻率、小型化等方向發(fā)展。這些變化使得航天設(shè)備對(duì)航天電源的可靠性和安全性提出更高的要求，同時(shí)對(duì)大容量、高穩(wěn)定性電源系統(tǒng)的需求日益迫切。目前，航空電源通常采用單模塊電源供電模式，即不同的功能系統(tǒng)使用不同的電池和單一的電源模塊供電。這種模式有兩個(gè)不足之處，一是多種電池和電源模塊增加了航天設(shè)備的載荷，而航天設(shè)備通常要求設(shè)備重量輕，占用空間??；二是每個(gè)電源模塊都是單獨(dú)的電池供電和工作模塊，當(dāng)任一處出現(xiàn)故障則整個(gè)模塊就不能正常工作，降低了航天設(shè)備的可靠性和安全性。針對(duì)以上的不足，航空電源模塊采用雙余度設(shè)計(jì)，既滿足航天設(shè)備對(duì)空間重量的要求，也滿足航天設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的安全性可靠性要求。但受工藝水平、誤差限制、電路板布線等因素影響，并聯(lián)運(yùn)行的各電源模塊的參數(shù)都會(huì)存在差異，致使其外特性有所不同，造成負(fù)載電流不均衡問題，降低系統(tǒng)的可靠性。因此在電源模塊并聯(lián)運(yùn)行中必須引入有效的負(fù)載電流均流控制系統(tǒng)，來提高電源模塊的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)航空電源存在的單模塊電源供電和供電電流不均衡的問題，本發(fā)明研制了 一種具有自動(dòng)均流功能的開關(guān)電源。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種具有均流功能的開關(guān)電源，包括電池I，電池II，二極管D1，二極管D2，DC/DC模塊I，DC/DC模塊II，均流模塊。其中，電池I的輸出端與二極管Dl的陽極相連，電池II的輸出端和二極管D2的陽極相連，二極管D1、二極管D2的陰極分別與DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸入端相連，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸出端分別與均流模塊的芯片供電端相連，均流模塊的控制端分別與DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的電壓調(diào)整端相連。經(jīng)過均流模塊的均流作用，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸出端分別與負(fù)載相連。所述的電池1、電池II都采用磷酸鐵鋰材料制作，額定電壓值為80V，容量為5000mAho所述的二極管Dl、二極管Dl選用的型號(hào)是ON公司生產(chǎn)的MUR3020。所述的DC/DC模塊1、DC/DC模塊II采用相同的有源正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PWM控制芯片選用TI公司的峰值電流型PWM控制器UCC2897A。電池1、電池II接變壓器原邊同名輸入端，原邊輸出端接NMOS開關(guān)管Q2到原邊地，同時(shí)接鉗位電容C2的一端，鉗位電容C2的另一端接PMOS開關(guān)管Ql到原邊地，PWM控制芯片的驅(qū)動(dòng)引腳接開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2的柵極端，變壓器的副邊同名端接整流二極管Dl陽極，整流二極管Dl的陰極接整流二極管D2的陰極和輸出濾波電感L的一端,輸出電感L的另一端為DC/DC模塊的輸出端同時(shí)接輸出濾波電容Cl的正極，變壓器副邊的另一端接整流二極管D2的陽極和輸出濾波電容Cl的負(fù)極。DC/DC模塊的輸出端串聯(lián)電阻R4、電阻R5、電阻R6到副邊地，電阻R5電阻R6的公共點(diǎn)與PWM控制芯片UCC2897A的控制端相連。所述的均流模塊由兩片TI公司生產(chǎn)的專用均流芯片UC1902及其外圍電路構(gòu)成。兩片UC1902分別為UC1902 1、UC1902 II。UC1902 I的I腳、6腳接副邊地，2腳接電阻Rll到副邊地，3腳接DC/DC模塊I的電壓調(diào)整端，4腳接電阻Rl3到副邊地，5腳接電阻Rl2 —端，電阻R12另一端接電容Cll到副邊地，7腳接均流母線正端，8腳接DC/DC模塊I的輸出端，同時(shí)8腳接濾波電容C12到副邊地。UC1902 II的I腳、6腳接副邊地，2腳接電阻R21到副邊地，3腳接DC/DC模塊II的電壓調(diào)整端，4腳接電阻R23到副邊地，5腳接電阻R22 —端，電阻R22另一端接電容C21到副邊地，7腳接均流母線正端，8腳接DC/DC模塊I的輸出端，同時(shí)8腳接濾波電容C22到副邊地。電池I，電池II，DC/DC模塊I，DC/DC模塊II對(duì)負(fù)載有四種供電模式:電池1、電池II同時(shí)供電，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II同時(shí)工作；電池1、電池II同時(shí)供電，DC/DC模塊I或DC/DC模塊II工作；電池I或電池II供電，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II同時(shí)工作；電池I或電池II其中一個(gè)供電，DC/DC模塊I或DC/DC模塊II其中一個(gè)工作。本發(fā)明的有益效果是:雙余度航空電源采用冗余技術(shù)，減少了航空設(shè)備空間的使用，保證任一電源模塊損壞或者過流保護(hù)停止工作時(shí)，負(fù)載可以從備用模塊中獲得足夠的電量，提高了電源系統(tǒng)的可靠性；采用自主均流方法，解決了因電路板走線、工藝制作等差異造成的并聯(lián)DC/DC模塊輸出電流不均衡的問題，使兩個(gè)模塊同時(shí)共同等效的工作，提高了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長了電源模塊的使用壽命。


圖1雙余度航空電源總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2DC/DC模塊1、DC/DC模塊II原理框圖；圖3DC/DC模塊與均流模塊連接圖；圖4DC/DC模塊1、DC/DC模塊II并聯(lián)均流的應(yīng)用原理圖；圖中標(biāo)號(hào)含義如下:1.電池 I ;2.電池 II3.DC/DC 模塊 I ；4.DC/DC 模塊 II ；5.均流模塊6.負(fù)載；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下:
圖1是雙余度航空電源的總圖原理框圖，包括電池I 1，電池II 2，二極管D1，二極管D2，DC/DC模塊I 3，DC/DC模塊II 4，均流模塊5。電池I 1、電池II 2作為直流電源，經(jīng)過二極管D1，二極管D2后并聯(lián)為DC/DC模塊I 3，DC/DC模塊II 4供電。通過這樣的結(jié)構(gòu)，電池互為備份，當(dāng)任一電池出現(xiàn)故障或電量不足時(shí)，另一電池仍能持續(xù)給DC/DC模塊供電，保證航空設(shè)備的正常工作；而電池I 1，電池II 2同時(shí)工作時(shí)，還能延長航天設(shè)備的工作時(shí)間，使航天設(shè)備在每次工作周期內(nèi)完成更多的任務(wù)。并聯(lián)的DC/DC模塊也互為備份，當(dāng)其中一個(gè)模塊工作異常時(shí)，另一個(gè)模塊仍能繼續(xù)工作，保證供電正常。這樣雙余度航空電源就工作在四種工作狀態(tài):兩塊電池供電，兩個(gè)DC/DC模塊工作；兩塊電池供電，一個(gè)DC/DC模塊工作；一塊電池供電，兩個(gè)DC/DC模塊工作；一塊電池供電，一個(gè)DC/DC模塊工作。圖2是DC/DC模塊I 1、DC/DC模塊II 2原理框圖。DC/DC模塊I 1、DC/DC模塊
II2都采用有源鉗位正激變換器的結(jié)構(gòu)。有源箝位正激變換器是在傳統(tǒng)的正激式變換器的基礎(chǔ)上，增加了由箝位電容和箝位開關(guān)管串聯(lián)構(gòu)成的有源箝位支路，雖然與傳統(tǒng)的磁復(fù)位技術(shù)相比，有源箝位磁復(fù)位技術(shù)增加了一個(gè)箝位開關(guān)管，提高了變換器的成本，但是有源箝位磁復(fù)位技術(shù)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):有源箝位正激變換器的占空比可以大于0.5，使得變壓器的原副邊匝比變大，從而可以有效地減少原邊的導(dǎo)通損耗；在變壓器磁復(fù)位過程中，寄生元件中存儲(chǔ)的能量可以回饋到電網(wǎng)，有利于變換器效率的提高；變壓器磁芯雙向?qū)ΨQ磁化，工作在B-H回線的第一、三象限，因而有利于提高磁芯的利用率。本設(shè)計(jì)采用低邊箝位電路，主要因?yàn)樗捏槲婚_關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要外加驅(qū)動(dòng)變壓器。本設(shè)計(jì)變壓器副邊采用二極管整流的方法，可以減少電路的復(fù)雜程度，提高電路的可靠性。圖3是DC/DC模塊與均流模塊5連接圖。DC/DC模塊的輸出端為均流芯片UC1902提高工作電壓，不用單獨(dú)設(shè)計(jì)電路提供此電壓，這樣可以使航空電源的結(jié)構(gòu)更合理實(shí)用。通過模塊輸出端電阻Rl，均流芯片UC1902可以檢測(cè)到對(duì)應(yīng)DC/DC模塊的輸出電流數(shù)值，然后轉(zhuǎn)化為均流母線正端的電壓，然后去和其他UC1902芯片的均流母線正端電壓比較，均流母線正電壓大的UC1902芯片對(duì)應(yīng)的DC/DC模塊作為主模塊，其他DC/DC模塊作為從模塊。此時(shí)從模塊的電壓調(diào)整端流向?qū)?yīng)UC1902的3腳電流增加，這樣電阻R4上的壓降增加，R5、R6上的壓降因?yàn)殡妷悍答伃h(huán)的作用而保持不變，從而使得從模塊的輸出電壓Vout+增加，從模塊的輸出電流也增加。通過這樣的過程，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)的DC/DC模塊的均流控制。均流模塊5用來平衡DC/DC模塊I 3，DC/DC模塊II 4承受的電流。目前，開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法有:輸出阻抗法、主從設(shè)置法、平均電流自動(dòng)均流法、最大電流自動(dòng)均流法、熱應(yīng)力自動(dòng)均流法和外加均流控制器均流法。其中，最大電流自動(dòng)均流法以其均流精度高，負(fù)載6調(diào)整率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可實(shí)現(xiàn)冗余等技術(shù)特點(diǎn)，在開關(guān)電源中得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中均流模塊5通過使用專用均流控制芯片UC1902，采用最大電流自主均流的方法實(shí)現(xiàn)均流。其是一種自動(dòng)設(shè)定主模塊和從模塊的方法，即在并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動(dòng)成為主模塊，而其余的模塊則為從模塊，它們的電壓誤差依次被整定，以校正負(fù)載6電流分配的不平衡，來實(shí)現(xiàn)模塊之間的均流。由于每個(gè)模塊電源的溫漂不同，負(fù)載6調(diào)整及電壓調(diào)整的瞬態(tài)響應(yīng)也不完全相同，系統(tǒng)的主模塊和從模塊的位置會(huì)不斷改變，因此該過程為動(dòng)態(tài)過程。圖4是雙余度DC/DC模塊并聯(lián)均流的示意原理圖。是本設(shè)計(jì)的應(yīng)用圖。通過兩個(gè)模塊主從的交替，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均流。在圖4中，每個(gè)DC/DC模塊的電流信號(hào)經(jīng)過電流采樣電阻Rll或R21后經(jīng)2腳輸入到UC1902里，在經(jīng)過內(nèi)部放大器放大后由7腳輸出，跟另一個(gè)UC1902的7腳相連，均流母線正端上的電壓值由7腳電壓大的芯片決定，也就是輸出電流大的DC/DC模塊決定。這樣輸出電流大的DC/DC模塊成為主模塊，另一個(gè)DC/DC模塊成為從模塊，進(jìn)行均流調(diào)整，維持模塊間輸出電流的動(dòng)態(tài)平衡。
權(quán)利要求
1.一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征是:包括電池I，電池II，二極管D1，二極管D2，DC/DC模塊I，DC/DC模塊II，均流模塊。其中，電池I的輸出端與二極管Dl的陽極相連，電池II的輸出端和二極管D2的陽極相連，二極管D1、二極管D2的陰極分別與DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸入端相連，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸出端分別與均流模塊的芯片供電端相連，均流模塊的控制端分別與DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的電壓調(diào)整端相連；經(jīng)過均流模塊的均流作用，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II的輸出端分別與負(fù)載相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征在于:所述的電池1、電池II都采用磷酸鐵鋰材料制作，額定電壓值為80V，容量為5000mAh。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征在于:所述的二極管D1、二極管Dl選用的型號(hào)是ON公司生產(chǎn)的MUR3020。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征在于:所述的DC/DC模塊1、DC/DC模塊II采用相同的有源正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PWM控制芯片選用TI公司的峰值電流型PWM控制器UCC2897A。電池1、電池II接變壓器原邊同名輸入端，原邊輸出端接NMOS開關(guān)管Q2到原邊地，同時(shí)接鉗位電容C2的一端，鉗位電容C2的另一端接PMOS開關(guān)管Ql到原邊地，PWM控制芯片的驅(qū)動(dòng)引腳接開關(guān)管Q1、開關(guān)管Q2的柵極端，變壓器的副邊同名端接整流二極管Dl陽極，整流二極管Dl的陰極接整流二極管D2的陰極和輸出濾波電感L的一端，輸出電感L的另一端為DC/DC模塊的輸出端同時(shí)接輸出濾波電容Cl的正極，變壓器副邊的另一端接整流二極管D2的陽極和輸出濾波電容Cl的負(fù)極。DC/DC模塊的輸出端串聯(lián)電阻R4、電阻R5、電阻R6到副邊地，電阻R5電阻R6的公共點(diǎn)與PWM控制芯片UCC2897A的控制端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征在于:所述的均流模塊由兩片TI公司生產(chǎn)的專用均流芯片UC1902及其外圍電路構(gòu)成。兩片UC1902分別為UC1902 1、UC1902 II。UC1902 I的I腳、6腳接副邊地，2腳接電阻Rll到副邊地，3腳接DC/DC模塊I的電壓調(diào)整端，4腳接電阻R13到副邊地，5腳接電阻R12 —端，電阻R12另一端接電容Cll到副邊地，7腳接均流母線正端，8腳接DC/DC模塊I的輸出端，同時(shí)8腳接濾波電容C12到副邊地。UC1902 II的I腳、6腳接副邊地，2腳接電阻R21到副邊地，3腳接DC/DC模塊II的電壓調(diào)整端，4腳接電阻R23到副邊地，5腳接電阻R22 —端，電阻R22另一端接電容C21到副邊地，7腳接均流母線正端，8腳接DC/DC模塊I的輸出端，同時(shí)8腳接濾波電容C22到副邊地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有均流功能的開關(guān)電源，其特征在于:電池I，電池II，DC/DC模塊I，DC/DC模塊II對(duì)負(fù)載有四種供電模式:電池1、電池II同時(shí)供電，DC/DC模塊.1、DC/DC模塊II同時(shí)工作；電池1、電池II同時(shí)供電，DC/DC模塊I或DC/DC模塊II工作；電池I或電池II供電，DC/DC模塊1、DC/DC模塊II同時(shí)工作；電池I或電池II其中一個(gè)供電，DC/DC模塊I或DC/DC模塊II其中一個(gè)工作。
全文摘要
一種具有自動(dòng)均流功能的開關(guān)電源，屬于航空航天電源領(lǐng)域。所述的開關(guān)電源應(yīng)用于航空航天電源領(lǐng)域，包括電池Ⅰ、電池Ⅱ、二極管D1、二極管D2、DC/DC模塊Ⅰ、DC/DC模塊Ⅱ、均流模塊。電池Ⅰ，電池Ⅱ并聯(lián)對(duì)DC/DC模塊Ⅰ、DC/DC模塊Ⅱ供電，DC/DC模塊經(jīng)過均流后并聯(lián)對(duì)負(fù)載供電，采用雙余度結(jié)構(gòu)，既滿足航天設(shè)備對(duì)空間重量的要求，也滿足航天設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的安全性可靠性要求。均流模塊采用專用均流芯片UC1902對(duì)DC/DC模塊Ⅰ、DC/DC模塊Ⅱ進(jìn)行均流平衡，使每個(gè)DC/DC模塊承受同等的電流負(fù)載，提高了航空電源的可靠性、安全性。
文檔編號(hào)H02J9/00GK103199694SQ201310101319
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者張一鳴, 張旭, 王亮, 王海娟, 高俊俠 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)