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。

　　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：

　　輸入標稱電壓Vin： 28V

　　輸入電壓范圍Vin： 16V～40V

　　高電平輸出電壓VOH： 15V±1%

　　高電平輸出電流IOH： 1A

　　調制頻率fs： 100Hz～50kHz

　　占空比D： 30%

　　脈沖跌落幅度SVO： ≤75mV

　　導通延遲時間tf： ≤1µs

　　關斷延遲時間tl： ≤1µs

　　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。

　　3 輸出脈沖電壓跌落系數設計

　　理想的脈沖電源，在滿負載情況下，脈沖輸出時應該迅速達到要求輸出電壓。然而，脈沖輸出對電源來說相當快速的進行空載——滿載——空載——滿載切換。由于幾乎所有開關電源都有一個特性：即空載——滿載切換時，輸出電壓會跌落一定幅度再恢復到額定電壓;而滿載——空載切換時，輸出電壓會上沖一定幅度再恢復到額定電壓，這是因為開關電源輸出電壓的穩定，是靠輸出電壓變化采樣——誤差比較放大——脈寬調制——穩定輸出電壓來完成的。整個過程需要的時間是造成負載瞬變特性的原因。該特性用負載瞬變輸出電壓變化量(VLT)和負載瞬變時輸出電壓的恢復時間(tLT)來表示。一般來說，負載瞬變輸出電壓變化量(VLT)在輸出電壓的5%～8%之間，負載瞬變時輸出電壓的恢復時間(tLT)小于100µs已經是性能不錯的開關電源了。

　　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。