一種可程控調制脈沖電源模塊的研制

摘要：脈沖電源是脈沖制式供電方式裝備必不可少的供電電源。本文對脈沖電源特點及主要參數的影響原因進行分析，給出了一種脈沖電源的電路方案。重點分析輸出脈沖電壓跌落幅度產生原因及解決方法，總結了實用的脈沖電源工程設計方法。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/ article/245935.htm

關鍵詞：脈沖電源；脈沖電壓；跌落幅度

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.4.013

引言

在某發射機中，為了降低整機功耗，對某間歇工作的單元電路采取脈沖制式供電方式。本文研制的電源模塊，可通過外部控制信號，快速的開啟和關斷，為負載提供15V電壓，1A電流的供電脈沖。

一般開關電源啟動延遲時間為ms級，直接控制電源的On/Off端無法輸出上下沿為ns級的輸出脈沖。本文介紹了一種輸出級調制方式，滿足了輸出脈沖建立時間及關閉時間為ns級的要求，輸出功率達15W，調制頻率從200Hz～50kHz，脈沖電壓跌落幅度小于0.5 %的要求。

本文著重分析了影響脈沖電源主要參數的因素及解決方法，最后給出采用厚膜混合集成技術制作的28V輸入，15V/15W輸出可程控調制脈沖電源模塊的實測參數。

1 脈沖電源參數要求

本文介紹的脈沖電源，要求達到下面主要設計指標：

2 電源整體方案

一般開關電源啟動延遲時間為ms級，所以直接控制電源的On/Off端無法實現ns級上升沿的脈沖輸出。為滿足設計指標要求，采取開關電源及次級調制方式，原理框圖見圖1。

從框圖1可以看出，電源采用常用的單端正激拓撲結構。單端正激開關電源為采用中小功率開關電源電路，其設計方法已經成熟，這里不再贅述。

開關電源啟動后始終處于工作狀態，輸出脈沖由輸出調制電路控制MOS管Q2的導通和關斷來實現。由于調制和MOS管驅動總延遲時間可以設計在ns級，所以可以滿足脈沖的導通及關斷時間小于1μs。

開關電源負載瞬變特性的存在，對于脈沖輸出來說，卻是一個不可忽視的重要指標。

圖2反映了電源負載瞬變特性對脈沖輸出的影響。由于電源負載瞬變特性的存在，在脈沖輸出時，由于-VLT的存在，會導致VPo不能及時上升到標稱輸出電壓幅度。該輸出電壓與標稱輸出電壓之差定義為脈沖電壓幅度SVO。工程設計中如何計算選擇器件參數使之滿足設計指標要求，是本文探討的主要內容。

降低脈沖電壓跌落幅度SVO的最有效途徑，是改善開關電源的負載瞬變特性，使之負載瞬變輸出電壓變化量（VLT）盡量的小，負載瞬變時輸出電壓的恢復時間（tLT）盡量的短。但是，前面講過，電源的負載瞬變特性是整個閉環調整過程所需要的時間，是必然存在的。而且電源設計師在設計電源時，總要綜合考慮所有參數，特別是環路穩定性。所以，負載瞬變輸出電壓變化量（VLT）不可能無限的小，負載瞬變時輸出電壓的恢復時間（tLT）不可能無限的短。對于脈沖輸出幅度的快速建立，該特性的影響始終不可忽視。

分析圖1，不難發現，電容C2是一個改善脈沖電壓跌落幅度SVO的關鍵器件。假設Q2導通之前，開關電源已經工作，C2已經充電至輸出直流電壓VDo。那么在Q2開啟，VDo出現跌落-VLT期間，輸出脈沖VPo上升沿的快速建立，將由C2對負載放電（圖3）來實現。這樣，問題就轉化為C2電容量與脈沖電壓跌落幅度SVO的關系。建立這兩者的量值關系，計算選擇C2容量，是降低脈沖電壓跌落幅度SVO的另一個有效途徑。

假設在Q2開啟瞬間，電源負載瞬變時輸出電壓的恢復時間tLT內，VPo的電壓幅度完全由電容C2在RL上放電建立。那么則要求電容C2上的電壓Vc在Q2開啟時刻t0開始放電至tLT時刻仍然維持在VP1（忽略Vds）。

根據上述分析設計的脈沖電源，所有參數均滿足設計要求。實測各種頻率下的輸出波形，其脈沖電壓跌落幅度SVO都在設計要求范圍內，有關數據如表1所示。

5 結語

本文給出了一種脈沖電源的電路方案，重點分析影響脈沖電源主要參數——輸出脈沖電壓跌落幅度SVO的因素及解決方法。實際產品測試參數驗證了設計方法的正確性。

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