一種新型機載270V直流穩(wěn)壓電源設計

王雙虎 宋銳紅

摘 要：270V高壓直流電源因為其效率高、可靠性好、重量輕等諸多優(yōu)點，目前已成為各種戰(zhàn)機電氣系統(tǒng)供電體制的首選方案。作為各種機載設備的前期試驗平臺——改裝試驗機，為了可以為其被試設備提供優(yōu)質的電源輸入，必須在機上加裝相應的AC＼DC電能變換器。文章即針對這一需求，提出了一種啟動性能好、抗干擾能力強的270V直流穩(wěn)壓電源設計方案，并很好地滿足了被試系統(tǒng)的用電需求。

關鍵詞：270V直流；軟起控制；整流；濾波；諧波抑制

中圖分類號：TN86 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0074-03

Abstract： Because of its high efficiency， good reliability， light weight and many other advantages， 270V HVDC power supply has become the first choice of power supply system for various aircraft electrical systems. As the pre-test platform of all kinds of airborne equipment - refit testing machine， in order to provide high-quality power input for the tested equipment， it is necessary to install the corresponding AC＼DC power converter on the machine. Aiming at this demand， this paper puts forward a design scheme of 270V DC regulated power supply， which has good startup performance and strong anti-interference ability， and satisfies the power demand of the tested system.

Keywords： 270V DC （direct current）； soft start control； rectification； filter； harmonic suppression

1 概述

隨著當前飛機航電系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的高度綜合化和復雜化，這些系統(tǒng)的試飛時間占飛機整個試飛周期的比重不斷加大，為了降低系統(tǒng)研制風險、縮短研制周期，借鑒歐美等國家的成功經(jīng)驗，可以在飛機型號研制的同時建設能夠開展各個任務系統(tǒng)試驗的飛行試驗平臺，因此改裝試驗機則應運而生。

某型飛機能否改裝為一架試驗機，其首要條件之一就是該型飛機電源容量及電源品質能否滿足被試系統(tǒng)用電設備的用電需求。目前我國改裝為試驗機的飛機平臺可提供的電源多為115V/400Hz三相恒頻交流電源，而被試系統(tǒng)的用電需求多為28V直流電源及270V直流電源，其中270V電源的比例越來越大，為了能正常為被試系統(tǒng)進行供電，必須在試驗機上加裝一套AC＼DC電能變換器，將飛機電網(wǎng)電源轉換為被試系統(tǒng)設備需要的直流電源。

早期，由于被試系統(tǒng)用電功率小，占整個原機電源系統(tǒng)總功率的比例也不大，所以傳統(tǒng)的二極管橋式整流器諧波電流大、功率因數(shù)低等缺點并未受到重視。但是隨著被試系統(tǒng)的復雜化和集成化，整流型負載的功率顯著增加，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的AC＼DC整流器，飛機電源系統(tǒng)的電能質量將難以滿足要求。此外，脈沖電流中含有大量的高次諧波成分，還會引起電磁干擾，對原機的通信和導航設備的安全性、可靠性帶來負面的影響。因此，基于以上原因，本文提出了一種新型的機載270V直流穩(wěn)壓電源設計方案，對諧波電流有很好的抑制作用，并且已經(jīng)在某架改裝試驗機上進行了實驗。

2 系統(tǒng)組成

270V直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)構成如圖1所示，主要由三部分組成：三相輸入濾波和整流部分；兩級開關功率變換部分；輸出整流和濾波部分。

3 工作原理

3.1 輸入濾波單元

輸入濾波器由三組電容器組成三角形電容濾波器。由于變壓器電抗的存在，使得整流器延遲換向，產(chǎn)生很強的高次諧波，該高次諧波通過變壓器鐵芯感應到變壓器的初級繞組，使輸入電壓波形失真，產(chǎn)生嚴重的電磁干擾。而電容濾波器則是一個去高留低的高通濾波器，利用它就能將輸入電流端的高次諧波濾掉，減小對輸入電源的影響，減小電磁干擾。

3.2 軟起控制單元

軟起控制單元的主要作用是實現(xiàn)電源的軟啟動和故障保護，保證在緊急情況下電源模塊與飛機電網(wǎng)的有效隔離。軟起控制單元的電路原理圖及時序控制電路如圖2所示，主要由通斷接觸器和軟啟電阻組成。

時序控制電路的基本原理為：首先C53充電，經(jīng)過一定時間充滿后Q51導通，ZJ1和ZJ2動作，此時ZJ2-1閉合給C52充電，再經(jīng)過一定時間充滿后Q52導通，ZJ3動作。

3.3 變壓整流單元

變壓整流單元的電路原理圖如3所示，主要由中頻主變壓器、兩組三相橋式整流器及平衡電抗器組成。

中頻主變壓器可對輸入輸出電路進行有效的電氣隔離，功率傳遞效率高，且對波形有良好的矯正特性，從而大幅減小輸入干擾。中頻變壓器是一個三繞組變壓器，一個初級繞組和兩個次級繞組。初級繞組為帶中線的星形（Y）連接，次級繞組分別采用一個星形（Y）連接和一個三角形（△）連接。利用二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯開30°，從而使輸出整流電壓在每個交流電源周期內(nèi)脈動12次，這樣可以提高整流頻率，使輸出整流電壓更加平滑。

整流器是由兩組三相橋式整流器通過平衡電抗器并聯(lián)組成。兩組整流橋的結構完全相同，利用整流二極管的單向導電性，將變壓器輸出的交流電整流成高壓直流電源。平衡電抗器是為了平衡兩組整流橋間的電位差，使兩組整流橋的電位相等，從而使得兩組整流橋同時導電。

3.4 功率變換單元

功率變換單元的電路原理圖如圖4所示，其主要由功率逆變器和功率變壓器組成。功率逆變器采用全橋逆變電路，主要作用是將整流電路得到的直流高壓電逆變?yōu)楦哳l高壓的脈沖。功率變壓器是開關電源部分的主功率器件，主要實現(xiàn)降壓、輸入與輸出的電氣隔離及功率傳遞等功能。

3.5 輸出整流濾波單元

輸出整流濾波單元主要由橋式整流器及輸出濾波器組成。橋式整流器的主要作用是將功率變壓器副邊的高頻脈沖整流得到直流高壓電。輸出濾波器也是由電容濾波器組成，利用去高留低的原理，將輸出直流電壓波形中的高次諧波濾掉。從而得到平滑穩(wěn)定的270V輸出。

3.6 輔助電源

輔助電源模塊的主要作用是為輸入接觸器、控制單元和驅動單元提供獨立電源，輸入為交流單相115V電源，輸出為兩路直流28V電源。由于輸入接觸器保持和動作時產(chǎn)生較大電流和干擾，所以由一路獨立的28V電源供電?？刂坪万寗訂卧梢宦?8V電源單獨供電，其所需的12V和15V電源由WRB2415CS、WRB2412CS、VRA2415LD等電源模塊再次變換得到。

3.7 控制保護單元

控制單元采用集成化的專用PWM控制芯片，芯片本身可以輸出兩路帶死區(qū)的互補的PWM信號，保證功率器件的正常工作。保護單元主要將檢測到的電壓信號、電流信號及過熱信號等進行分析，當電路出現(xiàn)故障時及時封鎖輸出，保證用電安全。

3.8 驅動單元

驅動單元的主要功能是將控制信號的弱電信號轉換為有足夠能力的驅動信號，保證功率器件的正常可靠工作。

4 結束語

本文針對傳統(tǒng)的AC＼DC電能變換器存在的缺陷和不足，提出了一種新型的直流穩(wěn)壓電源設計方案，并且通過在某型改裝試驗機上的實際使用情況，證明該電源對電流諧波有很好的抑制作用，可以滿足試驗設備的用電需求。

參考文獻：

[1]陳衛(wèi)華，鐵誠，等.飛機270V電源系統(tǒng)結構及仿真技術研究[J].飛機設計，2010，30：60-63.

[2]王慧貞，秦海鴻，等.飛機高壓直流電力系統(tǒng)的發(fā)展[J].電源學報，2008，2：163-168.

[3]萬偉悅，嚴仰光.現(xiàn)代飛機電源系統(tǒng)及其發(fā)展[J].科學技術創(chuàng)新，2011，3：47.

[4]曾健.淺析飛機電源系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新導報，2015，14：68.

[5]胡鵬飛.淺析飛機電源系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電子制作，2013，21：219.

[6]劉湛，孫莉.多脈沖整流技術在民用飛機中的應用[J].科技視界，2016，20：96.

[7]韋徵，陳新，陳杰，等.三相四橋臂PWM整流器的研究[J].電工技術學報，2014，29：128-135.