电源DC-DC输出电流波形改进设计

黄晓燕 白璐 王正之

摘要：有源相控阵雷达TR组件由移相模块，低噪放模块，功放模块，电源模块组成，TR组件功放模块的供电特点为漏控模式，脉冲形式，脉冲特点为大电流宽脉冲。本文主要分析如何改善DC-DC电源模块的电流输出波形，抑制电流尖峰，使电流更平滑，减小浪涌，最大输出电流不超过电源模块的额定输出电流，从而保证整个产品的使用寿命。

关键词：脉冲电源;整流;大功率

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0168-02

0 引言

本设计中电源使用的DC-DC模块型号为V48C12C150BL，是VICOR公司的二代DC-DC模块，其部分参数见图1。[1]

由于TR组件最恶劣的使用情况为I=40A，△t=200us，使用频率为1KHz。根据资料可知，此模块输出的额定输出电流为12.5A，响应速度为200us，其峰值功率和响应速度都满足不了实际工作要求，所以在实际应用过程中在此DC-DC模块后并入了大量电容，根据电源顶降的公式：△V=I*ESR+I*△T/C，其中△T脉冲宽度为200us;ESR是电容并联内阻，设△V=1V，I=40A，△t=200us，并联后电容的ESR忽略不计，则电容为：8000uF。[2]

1 原脉冲电源设计方法

根据原理计算，最终实际使用情况为并入电容330uF×35=11550uF，实测顶降为0.8V，满足最后微波功率输出顶降顶降：≤1dB。然而此应用情况存在以下隐患，VICOR的全型、小型、和微型模块可以接受的最大输出电容值：C（uf）=400*P/V2。根据公式计算，输出功率为150W，输出电压值为12V，得知最多可加电容约为400uF，如外加电容值比计算值大约10倍，可使DC-DC在开机时进入限流态。对比实际应用情况，外部输出电容值已经远远超出计算值。在此情况下，对DC-DC的实际输出电流进行了测量，见图2。

根据上图分析，脉冲工作260us后，DC-DC开始给电容充电，瞬间电流达到了18.2A，由于模块有个过流保护，当输出电流增加超过最大电流，输出电压仍保持不变，直到到达电流限制点，这通常比额定电流，最大电流大5-25%。超过电流限制点，输出电压会下降至短路电流点，在过流状态消除后，模块会自动复原。所以电流瞬间过流后，模块进入过流保护状态，在第320us时，过流状态消除，模块恢复输出，继续给电容充电，在450us达到充电峰值电流14A左右。显而易见，此状态，虽然目前可以正常工作，但不能保證模块是否能继续稳定工作。

2 对存在隐患的改进方法

2.1 输出加电感

利用电感来抑制电流瞬态变化，加入5.1uH电感后，电流波形见图3。

由图可看出，当电路中串入5.1uH电感，电流波形有明显改善，电容充电瞬间冲击消除了，最大电流平滑到12.2A，小于模块的额定输出电流12.5A。可得出结论，串入5.1uH电感后，模块可满足正常工作后所需的电流，但是电流脉动较大为8.7A。

2.2 进一步增大电感

5.1uH电感改成13uH电感，其电流波形见图4。

由图可看出，当电路中串入13uH电感，电流波形进一步改善，最大电流平滑到10.8A，更小于模块的额定输出电流12.5A，脉动电流减小为5.9A。

3 结语

通过电容与电感相结合的方式，即可使电源模块输出满足快速响应的大电流宽脉冲形式，也可使输出平均电流与峰值电流限制在电源模块的正常范围内，既满足设计需求又可提高整个系统的可靠性。

参考文献

[1] V48C12C150BL.datasheeet.2016.

[2] 郭庆.储能电容器在大电流脉冲系统中的应用[D].南京电子技术研究所，2018.