1 引言

隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種電子設備和電子器件．逐漸向著集成化、小型化、輕型化方向發(fā)展．本文所要介紹的就是利用當今電子器件的這些優(yōu)勢，設計研制出的一種多路輸出、體積小、功率大、精度高的低壓電源。

2 電源用途和供電方案的考慮

本文所要介紹的低壓電源是為某系統(tǒng)設計的，該系統(tǒng)所需的低壓電源種類有+15V、-15V、+5V、-5V四種。總功率為200多瓦，用電單元包括：射頻產(chǎn)生器、中頻接收機、射頻調(diào)制器、微波單元、整流變換器單元、參考振蕩器、測試單元1和測試單元2、收發(fā)信處接口單元、高壓控制器、邏輯單元、調(diào)制器控制單元，其中供給射頻產(chǎn)生器和中頻接收機用的電源，對精度的要求較高，輸出的紋波電壓峰一峰值不超過2 mV，其它用電單元對電源精度的要求相對低些，輸出的紋波電壓峰一峰值不超過10 mV。在結構方面．電源放置在機柜內(nèi)，機柜留給安放該電源的空間很小．所以電源不能做的太大，鑒于以上所述的對電源的要求，做出既能滿足精度要求又能滿足體積要求的電源，確定正確的供電方案，無疑是電源設計的重要環(huán)節(jié)。

如何選擇供電方案，根據(jù)電源的實際用途，考慮到供給射頻產(chǎn)生器和中頻接收機的電源對精度的要求較高，經(jīng)過認真考慮和反復試驗，了解各用電單元的具體需要，最終確定了切實可行的供電方案，把四個品種的電源分成八路來做。對要求較高的電源采用高精度的線性電源來實現(xiàn)，而對其它電源則采用效率高的開關電源來實現(xiàn)．各路電源的具體參數(shù)如表1所列。

3 方案的實施及工作原理

根據(jù)已確定的供電方案，具體實施的方法是將電源分成三大塊，第一塊為線性電源塊，將四路高精度電源做在一塊印制板上，其余的做成一塊+15V電源和一塊+5V電源，這兩塊均為開關電源。

線性電源采用性能優(yōu)良、可靠性高、使用方便的三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器來做，三端串聯(lián)集成穩(wěn)壓器是一個典型的負反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其工作原理框圖如圖1所示。

取樣電路取到輸出電壓的變化量后，與標準的基準電壓進行比較且放大，再把經(jīng)放大的誤差信號送給調(diào)整電路。調(diào)整電路通過改變調(diào)整管兩端的電壓來達到穩(wěn)壓的目的。另外，在三端集成穩(wěn)壓器中還設有過熱、過流及短路保護等電路，使得應用起來更可靠、更安全。根據(jù)負載輕重的不同，可選用不同型號的三端集成穩(wěn)壓器。線性電源的電路圖如圖2所示。

圖中．輸出電壓

通過調(diào)節(jié)電位器RP1使輸出電壓達到額定的電壓值。為了保證線性電源具有良好的負載調(diào)整率特性，電阻R3的上端應直接接到穩(wěn)壓器的輸出端。另外，還要特別注意 ：R2、R3應是同種材料制成的電阻，而且阻值精度及特性應盡量選用高指標的。

開關電源采用中電華星提供的Vicor模塊電源．電路框圖如圖3所示。

交流輸入電壓經(jīng)前端整流模塊VI-AIM整流為未穩(wěn)壓的直流輸出。然后再由DC-DC變換器模塊(VI-2XX系列或VI-JXX系列)變換成所需的穩(wěn)定的直流輸出，最后通過超低噪聲的輸出紋波衰減模塊(VI-RAM)得到滿足精度要求的直流輸出。

開關電源的電路圖如圖4所示。

根據(jù)輸出電壓和功率的不同，選用VI-2XX或VI-JXX系列不同的DC／DC變換器模塊．利用電阻R5 、R6 和電位器RP1來設置下調(diào)和上調(diào)的范圍。RP1用標準的10 kΩ電位器，下面說明如何設置可調(diào)范圍，以下調(diào)α％為例：

由電阻R5確定不同的下調(diào)范圍VICOR變換器模塊采用零電流開關技術，變換器基本方框圖如下所示，當開關管導通時，能量會從輸入直流電源傳到LC諧振電路，開關管導通后，流過開關管的電流為半波正弦波，從而使開關電源在零電流狀態(tài)下導通，并且當電流下降為零時，開關管關斷。由于功率開關管在打開或關斷時的電流為零，所以大大降低了開關損耗，使模塊電源的效率高于80％，功率密度比傳統(tǒng)的變換器高出十倍以上。除此之外，VICOR變換器模塊還設有過壓、過流保護功能，使用起來更安全更可靠。

4 電源變壓器的選用

在線性電源中，還要用到工頻變壓器。二十世紀80年代，出現(xiàn)了園截面鐵芯的R型變壓器，如今R型變壓器已成為世界上最為理想的電子電源變壓器，其特點如下：

漏磁小

園截面的漏磁場較矩形截面要小很多。與EI型變壓器相比，R型的漏磁只有EI型的10％。

損耗小、溫升低

R型鐵芯中間無斷面，不存在氣隙，故有效導磁率比EI型和C型高，鐵芯的激磁電流小，鐵損小。

體積小、重量輕(呈扁薄型)

R型與EI相比，體積小30％，重量輕40％．厚度上薄40％，這種小、輕、薄的新型結構，給電源安裝帶來了極大的便利。

噪聲小、安全可靠：R型變壓器不需用緊固件，可使噪聲降到最低限度。

鑒于R型變壓器如上諸多優(yōu)點．在設計時我們選用了R型變壓器。

5 電磁兼容的考慮

在調(diào)試零電源的過程中，首先對三塊電源分別進行調(diào)試，在各自的指標均達到設計要求后，再把它們組裝到一起開機工作，這時就會發(fā)現(xiàn)線性電源和開關電源的指標都會有所下降，我們知道任何電源都會產(chǎn)生干擾，尤其是開關電源，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于各電源均不同程度地受到了與其處于同一電磁環(huán)境中其他電源的干擾。為了消除和減小這種干擾，我們應在電磁兼容性方面多予以考慮。

噪聲干擾分為傳導噪聲和輻射噪聲，傳導噪聲又可分為共模傳導噪聲和差模傳導噪聲．對于中電華星提供的VICOR模塊電源來說，共模傳導噪聲是指存在在模塊正負輸入端之同方向電流分量，會產(chǎn)生輻射磁場，減小共模電流的最有效方法是：在正負輸入引線到模塊基板之間接人”Y，t電容，同時為了減小寄生電感，線應當盡可能短。差模傳導噪聲電流是與每個輸入端電流方向相反的電流分量，模塊只需外接一個容量較小的電容器，便可減少差模傳導噪聲，外界電容應當盡量靠近模塊，以減小磁通環(huán)路的截面積。對于傳導干擾還可通過良好的接地來消除，因此，對于中電華星提供的VICOR模塊，加緊接地螺釘，增加接地面也可達到很好的效果。

輻射噪聲分為電場輻射噪聲和磁場輻射噪聲，電場輻射噪聲是由電壓變化率dv／dt引起的，是一種近場噪聲，噪聲隨著離開噪聲源的距離增加而迅速衰減，磁場輻射噪聲是由高的電流變化率di／dt引起的，由于模塊采用了零電流開關技術。把電流的不連續(xù)波型減至最少，故電流變化率di／dt很小 另外，正確布置印刷電路板上的各種元件．也可以減弱輻射噪聲。

線性電源中，變壓器存在漏磁，我們除了采用R型變壓器外，還將電源變壓器用銅鉑外包起來，屏蔽掉變壓器的漏磁，使電源達到技術要求。

此外在每塊電源的輸入端加裝適當?shù)碾娋W(wǎng)濾波器，以便減小電源本身對電網(wǎng)以及來自電網(wǎng)和其它電源的干擾，結構設計上，在線性電源與開關電源之間用一塊鋁薄板隔離，以減小彼此的干擾。通過采用以上措施，電源的性能指標有了明顯的改善。

6 設計調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決辦法

(1)線性集成穩(wěn)壓器和其他半導體器件一樣，存在著溫度漂移問題，為了克服溫度漂移使輸出電壓更加精確，調(diào)試時，應在滿載工作情況下，待熱平衡后調(diào)整RP1(見圖2)使負載上得到額定的電壓值，這樣做可部分的克服穩(wěn)壓器溫飄的影響。

(2)在調(diào)試中電華星提供的VICOR模塊的+15 V 6．5 A的電源時，有時會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，破壞電源的穩(wěn)壓性能，為了避免振蕩的產(chǎn)生，可在VI-262 DC／DC變換器模塊的”-S”與”-OUT”之間接一個25 V 10μF 的片狀電容(如圖6所示)，即可消除振蕩。

(3)中電華星提供的VICOR模塊VI-JXX系列DC／DC變換器模塊的空載性能較差，可通過增加一固定的很小死負載的辦法來改善其空載性能。

(4)濾波器在安裝時應盡量不使濾波器電源端和負載端的電線捆扎在一起，以免加劇濾波器輸人、輸出端的電磁耦合，破壞濾波器對EMI信號的抑制能力。另外，要求濾波器的外殼與系統(tǒng)地之間有良好的電氣連接，盡量避免使用過長接地線。使濾波器對EMI信號的抑制能力不受破壞。

7 結束語

線性穩(wěn)壓電源具有線路簡單、動態(tài)響應快、紋波小、干擾小和穩(wěn)壓性能好等優(yōu)點，但是存在效率低、體積大等缺點。而開關電源效率高、體積小、重量輕，但瞬態(tài)響應較差、干擾大，因而在應用上受到了一定的限制，該電源的設計思想就是合理的將兩者結合起來，使其發(fā)揮各自的優(yōu)點，避開各自的缺點，以滿足使用要求。

該電源通過了-40℃和+50℃的環(huán)境溫度試驗．應力篩選和振動試驗，并在某系統(tǒng)的實際工作中運作良好，可靠性高，故障率低。電源結構設計合理，緊湊，體積小，由于使用了F-2封裝型的管座，使更換三端穩(wěn)壓器變的簡單方便，另外，三塊電源各成一體，對于某一部分電源的故障可以單獨拿出進行維修，而且卸裝方便。當然還有一些不足之處．有待今后改進。