一种用于TR组件功放的大功率脉冲电源设计

黄晓燕++白璐++陈辉

【摘 要】本文介绍了有源相控阵雷达阵面TR组件功放电源供电的设计。通过DC-DC降压模式给TR组件供给电源，产生组件所需的多种直流电源与功放漏极选通脉冲，通过电容充放电方式以及MOSFET对电源进行调制来满足TR组件脉冲形式。低成本、多功能、高可靠性的设计在多个TR组件的设计中证明本设计是可实现的，具有一定的应用价值。

【关键词】电源 脉冲 功率 MOSFET

1 引言

C波段TR组件由移相模块，低噪放模块，功放模块，电源模块组成。C波段TR组件电源模块是给TR组件提供电源，接收波控机发送的数据，经处理后再发送给TR组件，其中电源模块的功能主要是把来自天线电源的+48V电源高效率地转换成多路TR组件需要的电源。

2 基本功能

TR模块功放的工作方式以脉冲方式为主。所以需对+10V电源进行调制输出，脉冲特性：工作周期：1～25 kHz；

最大占空比：20%；

脉冲上升沿：≤100ns；

脉冲下降沿：≤100ns；

其输出峰值功率：≥80W，所需电源为脉冲形式，具有峰值电流大，脉宽较宽等特点。受体积限制，在电源模块的选择满足平均功率的DC-DC模块，通过电容工作来满足峰值电流的输出。以及通过MOSFET来满足TR组件脉冲形式的。

3 设计原理

3.1 电源转换方式

根据TR组件个模块所需的电流计算，得出主要电流需求为+40A，计算出+10V所需的功率为：40A×10V=400W，按最大占空比 20%计算出平均功率为：400W×20%=80W。所选方案见图1。

通过DC-DC降压模式，采用vicor芯片的Micro系列中的V48C12C150B模块，其转换效率为88%，体积大小为57.9*36.8* 12.7mm，输出功率为150W，输入范围为36～75V，通过电阻调节可实现输出电压范围为-0.5～16.1V。输出电压10V的实际工作电流为40A。以脉冲模式工作，占空比以最大20%考虑，进行计算，得出+10V所需的功率为：40A×10V=400W，平均功率为：400W×20%=80W。

TR模块通电要求：先接通-5V，后接通正电压。外部信号可随时控制+10V的输出和关断，因此在DC-DC模块得控制端增加一个控制电路，电路框图见图2。

3.2 脉冲产生方式

TR模块功放的工作方式以脉冲方式为主。所以需对+10V电源进行调制输出 ，其方法见图3。选用MOSFET为IRF公司的irf4905，其部分主要指标见图4。

影响脉冲输出沿的主要因素除MOSFET本身的性能指标外，还有驱动部分电路的设计，经过资料及器件查询研究，发现MOSFET驱动芯片，用集成芯片MCP1406可以实现。IRF4905的Qg=180nC，Ciss=3400pF，而MCP1406的驱动电路为6A，满足驱动要求。MCP1406部分指标见图5。

3.3 输出电容及缓启动电路

由于DC-DC模块V48C12C150B的响应速度较慢，无法满足1KHz的脉冲变换，故在DC-DC的输出端加大容量低ESR的电容来满足快速的电流输出。选用KEMET电容，型号为530X157M016A

TE015，容值：150uF，ESR=15mΩ。经试验，多个电容并联可满足电流及压降要求。而DC-DC负载电容仅为2000uF，实际所加电容远远超过额定值，故在DC-DC后加入缓启动电路，并串入大电感抑制电流尖峰。

3.4 散热方式

由几次实验发现，电压经过MOSFET时有明显的压降，明显的压降来自于MOSFET散热不良引起。

Irf4905的温度与内部电阻的关系如图6。可以看出，在一定通过电流与开启电压的条件下，其导通电阻随着器件结温的升高而增大，通过MOS管的电压U=IR也就越大，功率损耗也越大。不该简单的用标称0.02欧姆来计算。最后，采用TO-220封装形式固定盒体安装，把热传到冷板上来实现MOSFET的散热。

改善器件的散热条件后，压降问题得到了明显的改进。

4 软件设计

软件处理选用的核心芯片为Altera公司的CPLD型号EPM1270_

144，提供MOSFET驱动芯片的控制脉冲。

5 结语

本设计采用高集成度器件、减少系统硬件，高精度、高可靠性、低成本。可根据外部按钮控制满足不同的组件测试要求。也可根据不同要求改进设计、增加功能、完善本系统设计。

参考文献：

[1]任勇峰，庄新敏，编著.VHDL与硬件实现速成.北京：国防工业出版社，2005.

[2][英]Mark Zwolinski著]李仁发，林纯清，徐成，等译.VHDL数字系统设计（第二版） Digital System Design with VHDL（Second Edition），北京：电子工业出版.

[3]MCP1406 6A High-Speed Power MOSFET Drivers.