一种高压高功率密度直流电源的制作方法

本实用新型涉及直流电源技术领域，具体为一种高压高功率密度直流电源。

背景技术：

直流电源，是维持电路中形成稳恒电压电流的装置，如干电池、蓄电池、直流发电机等，其中高压高功率密度直流电源是系统负载供电的集中变换装置，主要作用是将载机直流270V电源转换成直流28V，为系统负载供电，并实现用电状态监控管理保护功能、产品自检功能。

市场上的电路无法得到更好的纹波和噪声抑制，并且高压直流电源的输出也未设计有专用的滤波电路，使得电路使用起来的稳定性也大大的下降的问题，为此，我们提出一种高压高功率密度直流电源。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高压高功率密度直流电源，以解决上述背景技术中提出的电路无法得到更好的纹波和噪声抑制，并且高压直流电源的输出也未设计有专用的滤波电路，使得电路使用起来的稳定性也大大的下降的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高压高功率密度直流电源，包括输入滤波与浪涌抑制电路、输入检测电路、DC-DC直流变换电路、输出滤波电路、输出检测电路、单片机控制电路和辅助电源电路，所述输入滤波与浪涌抑制电路的输出端子与输入检测电路的输入端子之间为电性连接，且输入检测电路的连接端子接入DC-DC直流变换电路的输入端子，所述DC-DC直流变换电路的输出端子接入输出滤波电路的输入端子，且输出滤波电路的连接端子与输出检测电路的连接端子之间为电性连接，所述输出检测电路的输出端子接入单片机控制电路的输入端子，所述输入滤波与浪涌抑制电路的输出端子接入辅助电源电路的输出端子。

优选的，所述DC-DC直流变换电路包括电解电容C1、C2、C3，金氧半场效晶体管M1、M2、M3、M4，电感K1、K2、T2，变压器T1，电阻器K3，且C1、C2、M1、M2之间为依次串联连接，而且C1、C2的串联接入T1的一端，并且M1、M2串联接入T1的另一端。

优选的，所述M3的一端串联接入K1的一端，且M3的另一端串联接入M4的一端，而且M4的另一端串联接入K2的一端，并且K2的另一端接入K1的另一端，同时C3和K3并联接入K1的连接端子。

优选的，所述输入检测电路包括直流270V、电阻分压、运放跟随、A/D转换芯片、12V隔离、运放跟随和正端电流霍尔，且直流270V、电阻分压、运放跟随、A/D转换芯片与12V隔离之间为依次串联结构，而且正端电流霍尔、运放跟随A/D转换芯片与12V隔离之间为依次串联结构。

优选的，所述输出滤波电路包括电解电容C4、C6，电容C5、C7，共膜电感L1，且C4、C6的一端和C5、C7的一端均并联接入L1的一端，且C4、C6的另一端和C5、C7的另一端均并联接入L1的另一端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该高压高功率密度直流电源根据系统负载的配置要求，兼顾机载成品体积与重量，高压直流电源采用模块化设计，额定功率为3.6KW，给系统供电，同时本高压直流电源是以隔离型DC/DC变换技术为基础的直流变换器其工作原理是将输入的高压直流通过DC/DC直流变换电路的拓扑结构转换成DC28V输出，并在转换的过程当中实现过流保护、过压保护、过热保护和短路保护功能，并且基于半桥加同步整流为技术基础的DC/DC直流变换电路拓扑结构，适用于高电压输入的大功率直流电源其优点是在额定工作条件下，转换效率高达95%以上，电路结构相对简单，具有良好的电磁兼容性和很高的功率密度，而且高压直流输入检测包括输入电压检测和输入电流检测直流270V电压通过电阻分压，运放跟随后输入到A/D转换；

2、电流信号是通过电流霍尔传感器将电流信号进行隔离采样，运放跟随后输入到A/D转换电路，且输出检测电路主要是检测输出的电压和电流，通过单片机电路将电源的输出状态实时上报，并且为了得到更好的纹波和噪声抑制，高压直流电源的输出设计有专用的滤波电路输出滤波均采用贴片聚合物电容+贴片薄膜电容+超微晶共模电感进行滤波，而单片机电路包含了时钟电路和看门狗电路，是高压直流电源数据处理与控制的核心负责电源的开关机控制，数据采集处理，通过CAN接口与上位机进行通讯等任务，并且单片机选用dsPIC30F6012A，集成度高，采用CMOS工艺带有灵活寻址模式，优化的C语言编译器指令集架构16位宽数据总线片内144KB闪存程序空间8K内部RAM存储器宽工作电压范围2.5～5.5V指令周期高达30MHz可以在线仿真与编程，方便软件的调试与程序下载。

附图说明

图1为本实用新型电路图；

图2为本实用新型电路拓扑结构电路图；

图3为本实用新型输入检测电路图；

图4为本实用新型DC/DC直流变换电路图；

图5为本实用新型输出滤波电路图。

图中：S1--输入滤波与浪涌抑制电路；S2--输入检测电路；S3--DC-DC直流变换电路；S4--输出滤波电路；S5--输出检测电路；S6--单片机控制电路；S7--辅助电源电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种高压高功率密度直流电源，包括输入滤波与浪涌抑制电路、输入检测电路、DC-DC直流变换电路、输出滤波电路、输出检测电路、单片机控制电路和辅助电源电路，所述输入滤波与浪涌抑制电路的输出端子与输入检测电路的输入端子之间为电性连接，且输入检测电路的连接端子接入DC-DC直流变换电路的输入端子，所述DC-DC直流变换电路的输出端子接入输出滤波电路的输入端子，且输出滤波电路的连接端子与输出检测电路的连接端子之间为电性连接，所述输出检测电路的输出端子接入单片机控制电路的输入端子，所述输入滤波与浪涌抑制电路的输出端子接入辅助电源电路的输出端子；

实例1：

（1）输入：直流270V,满足GJB181B-2012供电要求；

b）输出：

输出电压：DC28V；

电压精度：≤±1%；

输出功率：3600W；

电压调整率：≤0.5%；

负载调整率：≤1%；

纹波系数：≤1%；

c）转换效率：≥95%

d）绝缘电阻：输入对外壳 DC1000V 绝缘电阻＞200MΩ；

输入对输出 DC1000V 绝缘电阻＞200MΩ；

输出对外壳 DC500V 绝缘电阻＞200MΩ；

e）工作环境温度：－55℃～＋70℃；

（2）a）将载机直流270V转换为直流28V；

b）产品自检功能，具有加电自检（时间不大于30s）、周期自检和启动自检(时间不大于1min)功能；

c）输出电压和电流监测上报功能；

d）保护功能：包括输入过欠压保护；输出过流保护、过压保护、短路保护和过热保护。

e）开关机控制功能；

（3）高压直流电源的平均故障间隔时间（MTBF）：

设计定型最低可接受值：28000小时；

成熟期目标值：36000小时；

（4）高压直流电源的外形尺寸：长×宽×高=254mm×200mm×45mm

高压直流电源重量：≤5kg；

实例二：

（1）高压直流电源安装于飞机内部，输出直流28V为系统负载供电，接口包括一路输入接口，两路输出接口和CAN总线通讯接口；

（2）为了适应环境条件，确保产品在温度、湿度、高度、盐雾、敏菌、振动、冲击和加速度等环境条件下保证设备工作正常不损坏，在产品设计时主要采取以下措施：

1．装机产品及元器件选用温度下限不高于-55℃或经过-55℃筛选；元器件选用温度上限不低于+85℃，发热部件工作温度不低于105℃，并且对功率发热器件进行散热等热设计措施，使元器件工作温度不超过+85℃。

2．对产品结构件选用耐盐雾防酶菌材质，对结构件进行表面化学处理。

3．装机大于50g元器件和部件进行加固设计。

4．装机PCB板级部件进行三防处理和绝缘处理。根据国军标相关规定的“三防”要求，从以下几个方面采取成熟的工艺措施：

a）铝制零件采用导电阳极化，对产品外表面的部分喷防护漆进行防护。对于锐边进行倒钝处理，防止锐边处漆层过薄；

b）紧固件材料选用奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti，具有良好的耐腐蚀性能和抗应力腐蚀性能；线缆、辅助材料按航空级标准选用；

c）对PCB板喷涂聚氨酯清漆进行“三防”处理，针对BGA封装器件采取密封处理，防止水汽进入器件底部，引起管脚间绝缘性能下降，造成湿热环境下工作异常。

d）高压直流电源选用飞机成品连接器，壳体采用铝合金表面阳极氧化处理，具有三防功能；内部元器件、PCB板喷涂三防漆；连接螺钉及螺柱采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。

5．抗振动设计

采取措施如下：

a）在设计产品的结构时充分考虑产品的抗振动性；

b）对产品结构进行受力分析，对承重和受力部位进行加强设计，增强抗振动性能；

c）对装机元器件和部件加固处理；

d）连接部位的螺钉螺栓配装平垫和弹垫或防松动措施。

工作原理：对于这类的高压高功率密度直流电源，兼顾机载成品体积与重量，高压直流电源采用模块化设计，额定功率为3.6KW，给系统供电，同时本高压直流电源是以隔离型DC/DC变换技术为基础的直流变换器其工作原理是将输入的高压直流通过DC/DC直流变换电路的拓扑结构转换成DC28V输出，并在转换的过程当中实现过流保护、过压保护、过热保护和短路保护功能，并且基于半桥加同步整流为技术基础的DC/DC直流变换电路拓扑结构，适用于高电压输入的大功率直流电源其优点是在额定工作条件下，转换效率高达95%以上，电路结构相对简单，具有良好的电磁兼容性和很高的功率密度，而且高压直流输入检测包括输入电压检测和输入电流检测直流270V电压通过电阻分压，运放跟随后输入到A/D转换；

电流信号是通过电流霍尔传感器将电流信号进行隔离采样，运放跟随后输入到A/D转换电路，且输出检测电路主要是检测输出的电压和电流，通过单片机电路将电源的输出状态实时上报，并且为了得到更好的纹波和噪声抑制，高压直流电源的输出设计有专用的滤波电路输出滤波均采用贴片聚合物电容+贴片薄膜电容+超微晶共模电感进行滤波，而单片机电路包含了时钟电路和看门狗电路，是高压直流电源数据处理与控制的核心负责电源的开关机控制，数据采集处理，通过CAN接口与上位机进行通讯等任务，并且单片机选用dsPIC30F6012A，集成度高，采用CMOS工艺带有灵活寻址模式，优化的C语言编译器指令集架构16位宽数据总线片内144KB闪存程序空间8K内部RAM存储器宽工作电压范围2.5～5.5V指令周期高达30MHz可以在线仿真与编程，方便软件的调试与程序下载，就这样完成整个高压高功率密度直流电源的使用过程。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。