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28V火炮训练启动电源

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一、 技术要求

1. 设计原则

该大功率稳压直流电源参照了国内的多种航空军用标准而研制生产。它满足并优于标准规定的28V直流电源系统的特性,使车辆电源和用电设备之间各项指标匹配及优化。在技术上,可采用国际先进的软开关变换技术,以IGBT和非晶磁芯为核心器件研制。该电源能提供了高度稳定的输出电压及电流。可满足两台车上的电器设备的供电需求,可作为车辆发动机的启动电源。该电源系统技术先进,使用可靠,维护简便。

2. 产品特点

◇ 符合中国国家军用标准和航空标准
◇ 五新
   新型的电子元器件、新型的电磁材料、新的变换技术、新的控制理论、新的功能
◇ 五高
   频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高
◇ 高精度,低纹波   
该直流电源采用峰值电流控制,响应快,输出稳压精度高。同时输出配备多级滤波器,输出纹波低。
◇ 效率高
具有宽范围的软开关技术使电源高效率,低噪声;整机效率可达到93%(@100%负载下)。
◇ 体积小,重量轻
由于采用软开关变换技术,使得内部散热器大大减小,整机体积比硬开关稳压电源更小可靠性更高,重量更轻,功率密度高,能满足许多军用装备的特殊需求。
◇ 可靠性高
 具有输入缺相保护、短路保护、过载保护、过压保护、过流保护和独立的温度检测保护电路和针对军用电源高可靠性特殊设计。

二、 技术标准

1. 标准引用

能华公司生产的NHD28系列军用直流电源产品,参考了国内航空及军用标准中涉及28V直流电源供电特性的各种要求,而制定了能华电子的企业标准技术条件。产品的技术条件几乎全部优于参考的标准要求。特殊用户提出超标准要求的技术指标及功能,可以通过内外沟通协商解决。
国军标GJB298-87《军用车辆28V直流电气系统特性》;
国军标GJB-572A-2006《飞机地面电源供电特性及一般要求》中
5.3 : 28V直流电源供电特性  章节的要求 ;
国军标SJB-181A-2003《飞机供电特性》中
5.3 : 直流供电特性  章节的要求;
行业标准MH/T6019-1999《飞机地面电源机组》中国民航行业标准中
关于28V电源的各种要求;

2. 标准的主要参数

中国国军标GJB298-87《军用车辆28V直流电气系统特性》于1987 年正式公布,它参照了国内外军标而制定。它规定了军用车辆28V直流电源系统瞬态特性的极限值和稳态电压范围。其目的是通过将电源能能限制在确定的范围之内和限制用电设备对电源的要求。使车辆电源和用电设备之间相适应。现将他们的主要参数列表1:
表1 标准的主要参数规范表

参数名称 标准名称及相应参数
GJB298-87 GJB-572A-06 GJB-181A-03 MH/T6019-99 能华标准
直流稳态电压范围 25~30V 24~29V 22~29V 26~30V 26-29V
空载电压整定范围   20~32V   25~31V 20~32V
纹波电压 小于2V 小于1.5V 小于2V 小于2V 小于500mV
瞬态特性 3.测试方法 5.3.1.2 图8 4.4.4 满足
 
 
 

三、 技术方案

1. 技术方案

1.1 技术方案选型

目前,直流稳压电源主要有线性电源、可控硅相控电源、开关电源三种。
国内能生产大功率(3KW以上)的直流电源厂家采用的技术大多是可控硅相控整流技术,能采用开关技术的厂家也都局限于中小功率的直流电源产品,并且大多数采用硬开关技术。而国际知名的直流电源厂家已经应用软开关型开关稳压技术。下表是开关稳压电源与线性稳压电源的主要性能比较。
表1  开关稳压电源与线性稳压电源的主要性能比较

项目 线性稳压电源 开关稳压电源
硬开关技术 软开关技术
控制方式
及功率器件工作状态
调整串联晶体管的压降,
调整管处于线性工作状态
调脉宽或频率,
功率管处于连续通断状态
功率转换效率 < 70% 65%~90% 80%~95%
发热(损耗)
对电网变化的适应性
输出电压保持时间
射频干扰和电磁干扰
纹波与噪声
动态
响应
源效应 ≤1×或更高() ≤1×或更低()
负载效应 ≤1×或更高() ≤1×或更低()
可靠性 与线性稳压电源相同
体积
功率体积系数 20~30W/dm3 60~100W/dm3 100~150W/dm3
重量
功率重量系数 22~30W/kg 60~150W/kg 100~200W/kg
电路结构 简单 复杂 复杂
外观 重、大、粗、笨 轻、薄、短、小
 
 
开关稳压电源和线性稳压电源相比,功率转换效率高,可达65%~95%,发热少,体积小、重量轻,功率体积系数可达100~150W/dm3,对电网电压大范围变化具有很强的适应性,电压、负载稳定度高,输出电压保持时间长达。但是线路复杂,电磁干扰和射频干扰较大。具体对比如表1所示。
和相控稳压电源相比,开关电源不需要工频变压器,工作频率高,所需的滤波电容、电感小,因而体积小,重量轻,动态响应速度快。开关电源的开关频率都在20kHz以上,超出人耳的听觉范围,没有令人心烦的噪声。开关电源可以采用有源功率因数校正技术,使功率因数达0.9以上,高的甚至达到0.99(能华的NHD3050和NHD30100)。这些使得开关电源的性能几乎全面超过相控电源,在通信和军事装备电源领域已大量取代相控电源。
开关电源的线路复杂,这种电路问世之初,其控制线路都是由分立元件或运算放大器等集成电路组成。由于元件多,线路复杂以及随之而来的可靠性差的原因,严重影响了开关电源的广泛应用。
开关电源的发展依赖于元器件和磁性材料的发展。70年代后期,随着半导体技术的高度发展,高反压快速功率开关管使无工频变压器的开关稳压电源迅速实用化。而集成电路的迅速发展为开关稳压电源控制电路的集成化奠定了基础。陆续涌现出的专用脉冲调制电路为开关稳压电源提供了成本低、性能优良可靠、使用方便的集成控制电路芯片,使得开关电源的电路由复杂变为简单。
随着软开关变换技术在开关电源的应用,开关稳压电源的缺点正逐步被克服,其优点也得以充分发挥。尤其在当前能源比较紧张的情况下,开关稳压电源的高效率能够在节能上做出很大的贡献。正因为开关电源具有这些优点,它得到了蓬勃的发展。
我们采用具有宽范围ZVZCS软开关技术是当今最先进的变换技术,使得内部散热器大大减小,整机体积比硬开关稳压电源更小可靠性更高,重量更轻,功率密度高,开关稳压电源的输出纹波已达100mV以下,射频干扰和电磁干扰也被抑制到非常低的水平上。能很好的满足军用装备的各种特殊需求。

1.2 工作原理

大功率直流稳压电源由以下几个部分组成,基本功能框图如下图所示:
 
一、主电路
从交流输入直流输出的全过程,包括输入滤波、整流输入、逆变及高频整流滤波等。
DC/DC变换器采用ZVZCS PWM 全 桥 电 路 功 率 部 分 如 图 1所 示 。 Q1~ Q4四 个 功 率 管 ( 内 带 续 流 二 极 管 ) 组 成 一 个 全 桥 电 路 。 其 中 , Q1、 Q2组 成 超 前 桥 臂 , 两 端分 别 并 联 有 吸 收 电 容 C1、 C2, 用 来 实 现 Q1、 Q2的 ZVS。 L1为 高 频 变 压 器 的 漏 感 。 Cb为 隔 直 电 容 , 用 来 实 现 滞 后 臂 ( 由 Q3、 Q4组 成 ) 的 ZCS。
我们采用成熟先进的控制方法 , 配合下面的 ZVZCS PWM 全桥拓扑 , 能实现超前和滞后桥臂全范围的 ZVZCS。

        在 有 限 双 极 性 方 法 控 制 下 , Q1~ Q4的 驱 动 时 序 见 图 2。 其 中 ug1、 ug2为 脉 宽 可 调 的 定 频 变 宽 脉 冲 ; ug3、 ug4为 互 补 方 波 , 频 率 、 脉 宽 固 定 。 当 然 考 虑 到 直 通 的 问 题 , ug3、 ug4不 能 同 时 为 1, 要 错 开 一 个 固 定 的 死 区 时 间 。 ug1、 ug4的 上 升 沿 ( 表 示 Q1、 Q4开 始 导 通 ) 一 致 , ug2、 ug3的 上 升 沿 一 致 。 uAB表 示 加 在 隔 直 电 容 及 变 压 器 两 端 的 电 压 。 由 于 超 前 桥 臂 并 联 电 容 的 存 在 , 变 压 器 端 电 压 在 下 降 时 不 会 突 然 到 零 , 而 是 有 个 过 渡 过 程 , 其 时 间 取 决 于 并 联 电 容 的 大 小 及 负 载 电 流 等 条 件 。 ip为 变 压 器 绕 组 电 流 。                             
二、控制电路
一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后控制直流电源,改变其频率与脉宽,达到输出稳定;另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。
三、驱动电路
    将控制电路传输过来的控制信号进行分相、隔离和放大,控制驱动直流电源。并提供辅助电源和各种保护信号。
四、显示设定电路
   对输出电压、电流进行检测显示。同时操作者可以通过此电路对输出电压进行调整。

1.3 选用器件一览表

名  称 产  地
空气开关 德国施耐德
整流桥 西安西整
电解电容 台湾万裕 和 江海
IGBT 德国西门子或英飞凌
吸收电容 意壳或菲利浦
控制芯片 全部原装进口
驱动变压器磁芯 北京798
功率变压器磁芯 北京钢铁研究院(安泰)-纳米非晶铁芯
电压调节旋钮 美国(BOURNS)或美国BI或日本TOCOS
电流调节旋钮 美国(BOURNS)或美国BI或日本TOCOS
精密电流互感器 北京兵字
快速恢复二极管 美国(MOTOROLA)
风扇 九龙风机
航空插头 一航兴华
 

1.4 产品技术差异性对比

项    目 简        述 某品牌 能华品牌
技术指标 技术指标 技术优势
工作原理 功率变换技术 硬开关
变换技术
ZVZCS软开关变换技术 当今最先进的
变换技术



输入
电压范围
输出电压的范围越宽对于设
备来讲电网的适用性越强
220/380V
±10%
220/380V
±15%
电网适用性强
输入
频率范围
输入频率的范围越宽对于用
户来讲适用的场合和范围越广
47~63HZ 47~63HZ 电网适用性强
输入EMI 滤除导线上各种工作所不需
要的高频干扰成份
(见实机)
(见实机)
满足EMI要求
电网调整率(源效应) 电网电压波动,电源自动调
节电压保持设定值。幅值越
小,电源输出稳定性越好
≤1% ≤0.1% 输出稳定性
更优
负载稳压率
(负载效应)
负载变动,电源自动调节电
压保持设定值。数值越小,
电源输出稳定性越好。
±5%
±1.5V
±1% 稳压
精度高
纹波 直流电压中的交流成分,数
值越小,电源性能越好
≤3%
≤900mV
≤100mV 拥有和线性电
源相媲美的
性能指标
暂态
反应时间
负载突变时(10%~100%),
稳定输出电压所需的时间。反
应时间越短,输出电压调整越
快,带载能力越强。
无指标 1msec 采用电流型控制
瞬态响应速度快
抗冲击能力强
效率 效率越高,对电能的利用率越高,成本也就越低。 >90%
硬开关达不到
93%@100% 效率高,节能
可靠性高
电磁
兼容性
指传导干扰与辐射干扰,越
低对环境的污染越小。
硬开关技术
指标差
零电压零电流
转换,指标好
电磁辐射小
抗干扰能力强
启动
负载能力
抗负载冲击能力,时间越长,
电源抗冲击性能越好。
抗冲击性强
保护功能 输入缺相、输入欠压、输入过压输出过压、输出过流、短路保护过温保护 缺短路保护 可靠性高
 

1.5 技术优势

能华公司专业致力于基于高频软开关技术的大功率程控直流稳压电源的研发和生产,经过多年的研制和经验的累积,率先使用具有国际先进水平的全负载范围实现ZVZCS软开关技术的直流电源商业化,使NHD系列程控直流稳压电源具有极高的可靠性,技术达到国际先进水平,深得用户的信赖和认可。我公司程控直流稳压电源具有以下突出的优势:
性能高 — 好用
该直流电源采用峰值电流控制和使用宽频、高增益,低杂音OPAMP,所以在急剧变化的负载下,动态响应快,输出稳压精度高。同时输出配备多级滤波器,EMI/EMC满足EN61000-6-3,EN61000-6-1,输出纹波低。
可靠性高 — 省心
主要部件采用进口元器件,德国西门子原装IGBT模块,美国UNITRODE公司控制芯片,先进成熟的软开关技术和完善的保护电路(短路保护、限流保护、过热保护、过压保护、过流保护)保证IGBT可靠工作。而其他厂家大功率直流电源大多选用硬开关和可控硅控制。
效率高 — 省钱
具有国际先进水平的ZVZCS软开关技术使电源高效率,低噪声,高可靠性;整机效率高于85%;而国内其他厂家的大功率直流稳压电源几乎停留在硬开关和可控硅相控整流稳压技术上,效率极低,可靠性差。用我们的直流电源可以为用户每年节省不菲的电费。
功率密度高 — 省空间
由于采用先进的软开关变换技术,品质高,体积小,重量轻,高功率密度,省空间。
开关频率高 — 安静
由于该设备的开关频率都在24kHz以上,超出人耳的听觉范围,没有令人心烦的噪声。同时采用先进的静噪技术,创造安静舒适的工作环境。
 

2. 产品系列规格表

+28V 单相输入单路输出系列
额定功率 3.5KW 4.5KW 7KW 10KW 15KW
型号 NHD28-125-T NHD28-160-T NHD28-250-T HD28-350-T HD28-700-T
输出电流 125A 160A 250A 350A 500A
重量 小于16Kg 小于17Kg 小于20Kg 小于30Kg 小于40Kg
尺寸 232×440(带脚轮)× 460
输入 相数 单相2线或3相3线
额定电压 220V
电压范围 220V±15%
频率 47~63HZ
功率因数 ≥0.9
输出 额定电压 28.5V
电压范围 0~35V
稳压精度 ≤1% @ FS(注:FS含义为满量程)
动态特性 超调量及恢复时间特性满足GJB572要求
纹波含量 <100mV (rms)
源调整率 ±0.1% @ FS
负载调整率 ±0.5% @ FS
效率 >90%
保护功能 输入缺相 、输入过、欠压,输出过压、限流、逆变过流、内部过热
显示 船用电压表,船用电流表
工作条件 储存温度 -20℃~+60℃(订货温度再讨论)
工作温度 -10℃~+50℃(订货温度再讨论)
相对湿度 ≤95%(无凝露)
防护等级 IP20
大气压力 80~106KPc(海拔 2000m 以下)
噪声 < 80 dB @ 1 米
机箱 三防要求 所有部件均符合国标、国军标
冲击、振动 符合国标、国军标
冷却装置 强制风扇冷却
允许连续工作 > 8小时
 
 
+28V 三相输入单路输出系列

额定功率 7KW 10KW 15KW 25KW 30KW
型号 NHD28-250-T NHD28-350-T NHD28-500-T HD28-800-T HD28-1000-T
输出电流 250A 350A 500A 800A 1000A
重量 小于20Kg 小于30Kg 小于40Kg 小于45Kg 小于50Kg
尺寸 232×440(带脚轮)× 540
输入 相数 3相3线+地线
额定电压 380V
电压范围 380V±15%
频率 47~63HZ
功率因数 ≥0.9
输出 额定电压 28.5V
电压范围 0~35V
稳压精度 ≤1% @ FS(注:FS含义为满量程)
动态特性 超调

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