一种新型机载270V直流稳压电源设计

王双虎 宋锐红

摘 要：270V高压直流电源因为其效率高、可靠性好、重量轻等诸多优点，目前已成为各种战机电气系统供电体制的首选方案。作为各种机载设备的前期试验平台——改装试验机，为了可以为其被试设备提供优质的电源输入，必须在机上加装相应的AC＼DC电能变换器。文章即针对这一需求，提出了一种启动性能好、抗干扰能力强的270V直流稳压电源设计方案，并很好地满足了被试系统的用电需求。

关键词：270V直流；软起控制；整流；滤波；谐波抑制

中图分类号：TN86 文献标志码：A 文章编号：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

隨着当前飞机航电系统及其子系统的高度综合化和复杂化，这些系统的试飞时间占飞机整个试飞周期的比重不断加大，为了降低系统研制风险、缩短研制周期，借鉴欧美等国家的成功经验，可以在飞机型号研制的同时建设能够开展各个任务系统试验的飞行试验平台，因此改装试验机则应运而生。

某型飞机能否改装为一架试验机，其首要条件之一就是该型飞机电源容量及电源品质能否满足被试系统用电设备的用电需求。目前我国改装为试验机的飞机平台可提供的电源多为115V/400Hz三相恒频交流电源，而被试系统的用电需求多为28V直流电源及270V直流电源，其中270V电源的比例越来越大，为了能正常为被试系统进行供电，必须在试验机上加装一套AC＼DC电能变换器，将飞机电网电源转换为被试系统设备需要的直流电源。

早期，由于被试系统用电功率小，占整个原机电源系统总功率的比例也不大，所以传统的二极管桥式整流器谐波电流大、功率因数低等缺点并未受到重视。但是随着被试系统的复杂化和集成化，整流型负载的功率显著增加，如果继续使用传统的AC＼DC整流器，飞机电源系统的电能质量将难以满足要求。此外，脉冲电流中含有大量的高次谐波成分，还会引起电磁干扰，对原机的通信和导航设备的安全性、可靠性带来负面的影响。因此，基于以上原因，本文提出了一种新型的机载270V直流稳压电源设计方案，对谐波电流有很好的抑制作用，并且已经在某架改装试验机上进行了实验。

2 系统组成

270V直流稳压电源系统构成如图1所示，主要由三部分组成：三相输入滤波和整流部分；两级开关功率变换部分；输出整流和滤波部分。

3 工作原理

3.1 输入滤波单元

输入滤波器由三组电容器组成三角形电容滤波器。由于变压器电抗的存在，使得整流器延迟换向，产生很强的高次谐波，该高次谐波通过变压器铁芯感应到变压器的初级绕组，使输入电压波形失真，产生严重的电磁干扰。而电容滤波器则是一个去高留低的高通滤波器，利用它就能将输入电流端的高次谐波滤掉，减小对输入电源的影响，减小电磁干扰。

3.2 软起控制单元

软起控制单元的主要作用是实现电源的软启动和故障保护，保证在紧急情况下电源模块与飞机电网的有效隔离。软起控制单元的电路原理图及时序控制电路如图2所示，主要由通断接触器和软启电阻组成。

时序控制电路的基本原理为：首先C53充电，经过一定时间充满后Q51导通，ZJ1和ZJ2动作，此时ZJ2-1闭合给C52充电，再经过一定时间充满后Q52导通，ZJ3动作。

3.3 变压整流单元

变压整流单元的电路原理图如3所示，主要由中频主变压器、两组三相桥式整流器及平衡电抗器组成。

中频主变压器可对输入输出电路进行有效的电气隔离，功率传递效率高，且对波形有良好的矫正特性，从而大幅减小输入干扰。中频变压器是一个三绕组变压器，一个初级绕组和两个次级绕组。初级绕组为带中线的星形（Y）连接，次级绕组分别采用一个星形（Y）连接和一个三角形（△）连接。利用二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°，从而使输出整流电压在每个交流电源周期内脉动12次，这样可以提高整流频率，使输出整流电压更加平滑。

整流器是由两组三相桥式整流器通过平衡电抗器并联组成。两组整流桥的结构完全相同，利用整流二极管的单向导电性，将变压器输出的交流电整流成高压直流电源。平衡电抗器是为了平衡两组整流桥间的电位差，使两组整流桥的电位相等，从而使得两组整流桥同时导电。

3.4 功率变换单元

功率变换单元的电路原理图如图4所示，其主要由功率逆变器和功率变压器组成。功率逆变器采用全桥逆变电路，主要作用是将整流电路得到的直流高压电逆变为高频高压的脉冲。功率变压器是开关电源部分的主功率器件，主要实现降压、输入与输出的电气隔离及功率传递等功能。

3.5 输出整流濾波单元

输出整流滤波单元主要由桥式整流器及输出滤波器组成。桥式整流器的主要作用是将功率变压器副边的高频脉冲整流得到直流高压电。输出滤波器也是由电容滤波器组成，利用去高留低的原理，将输出直流电压波形中的高次谐波滤掉。从而得到平滑稳定的270V输出。

3.6 辅助电源

辅助电源模块的主要作用是为输入接触器、控制单元和驱动单元提供独立电源，输入为交流单相115V电源，输出为两路直流28V电源。由于输入接触器保持和动作时产生较大电流和干扰，所以由一路独立的28V电源供电。控制和驱动单元由一路28V电源单独供电，其所需的12V和15V电源由WRB2415CS、WRB2412CS、VRA2415LD等电源模块再次变换得到。

3.7 控制保护单元

控制单元采用集成化的专用PWM控制芯片，芯片本身可以输出两路带死区的互补的PWM信号，保证功率器件的正常工作。保护单元主要将检测到的电压信号、电流信号及过热信号等进行分析，当电路出现故障时及时封锁输出，保证用电安全。

3.8 驱动单元

驱动单元的主要功能是将控制信号的弱电信号转换为有足够能力的驱动信号，保证功率器件的正常可靠工作。

4 结束语

本文针对传统的AC＼DC电能变换器存在的缺陷和不足，提出了一种新型的直流稳压电源设计方案，并且通过在某型改装试验机上的实际使用情况，证明该电源对电流谐波有很好的抑制作用，可以满足试验设备的用电需求。

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