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小型機載計算機電源的設計與研究
摘要：根據機載計算機電源的特點，簡單介紹了回掃式變換的原理，并結合典型的回掃式控制器LM2588，介紹了一種高效、可靠、對空間敏感小型機載計算機供電電源的設計。此外，對關鍵部件——高頻脈沖變壓器的設計和相關理論進行了一定的分析和探討。小體積、輕重量、高可靠性、高效率是航空電源始終追求的目標。隨著微電子技術發展，采用大規模和超大規模集成電路的機載計算機主機已越來越小型化，這就對其電源部件的體積和重量提出了進一步小型化的要求。機載計算機是一種抗惡劣環境的計算機，其電源部分也必須滿足抗惡劣環境的要求，例如必須適應-55℃～ 125℃的環境溫度和較膏藥范圍的輸入電壓；同時還要耐振動、耐撞擊、抗電磁干擾等。
1 某機載計算機電源的技術要求
某機載計算機對電源部件的技術要求見表1。
表1 某機載計算機電源技術要求
2 回歸式變換原理
根據該電源部件輸出電壓種類多、給定的外型尺寸小、輸入電壓變化范圍大、工作溫度范圍寬等特點，必須設計小型、高效、可靠的供電電源。為此，選擇回掃式變換電路（又稱flyback、ON-OFF型）進行設計，圖1為其典型電路結構。此電路簡潔可靠，主開關元件和變壓器利用率很高，由于采用了峰值電感電流檢測技術，可以靈敏地限制最大輸出電流，因此高頻脈沖變壓器不必設計較大的余量，特別適用于幾百瓦以下功率的電源系統中。
其基本工作原理為：當開關管Q1導通時（TON），電流流過變壓器T1的初級線圈N1，變壓器將能量以磁場的形式存儲起來，由于初、次級圈相位不同，所以當電流流過初級線圈時，次級線圈N2中沒有電流流過。當Q1截止時（TOFF），消失 的磁場使初、次級線圈中電壓極性反轉，整流二極管VD導通，電流通過VD流向負載，變壓器的能量釋放，提供負載電壓、電流。控制器占空比為：
其中，VF為二極管正向壓降；VSAT為Q1飽和電壓降；Vo為輸出電壓；VIN為輸入電壓。
電流臨界連續時，初級繞組電感量為：
其中，fOSC為開關頻率；Pomin為輕負載時輸出功率；η為轉換效率；VINmin為最小輸入電壓；Dmax為最大占空比。
3 設計方案
3.1 回掃式控制器選擇
National Semiconductor公司最新推出的LM2588系列控制器旨在實現一種能夠滿足多路供電電壓輸出而無需進行復雜設計的高集成度電源的解決方案。系統設計者使用它能很快地開發出小型、低成本、多路供電的電源系統。
LM2588采用7腳TO-220封裝，主要包括100kHz振蕩器、2.9V穩壓電路、誤差放大器、5A/65V的NPN開關管以及過流、過熱、低電壓鎖定，還包括軟啟動、邏輯關斷、邏輯控制等，內部結構如圖2所示。
3.2 高頻脈沖變壓器設計
設計的某機載計算機DC/DC開關電源如圖3所示。
U1為控制器LM2588-5.0。脈沖變壓器T1共有五個繞組：N1為初級繞組，N2、N3、N4、N5為次級繞組，分別對應輸出 12V@0.1A、-12V@0.2A、-32.5V@0.05A以及 5V@4A，且N2、N3圈數相同。
由于回掃式控制器具有連續型和不連續型控制的特點，所以設法使其穩定就顯得很重要。高頻脈沖變壓器的設計是整個回掃式控制電路的關鍵，電源的性能和優劣在很大程度上取決于變壓器的設計。這里選擇TOKIN公司FEER28L磁芯，磁芯的有效截面積為84.7mm2，有效磁路長度為78.3mm。彩 鐵氧體B25材料，常溫時最大磁感應強度Bm=5100Gs。
3.2.1 確定變壓器匝比α
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