电源变换器

电源是电子电路中有源器件工作的能量来源，电源的性能直接影响电子电路的性能，电源可以说是电子系统的“心脏”。通常一个电子系统需要用到多种不同电压(或电流)和不同容量的电源，而为每一种应用需求单独设计一个电源往往会增加系统体积和成本。电源变换器为简化电源设计提供了很大方便。

分类

电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，其各自的调速原理也不相同。根据电动机的调速要求，可以分为直流电源变换器和交流电源变换器两大类：

1)直流电源变换器主要是将输入的恒定交流电变换为输出可调的直流电，因此又称为可调整流器，用于直流电动机调速系统，通过改变电枢电压实现恒转矩调速，减弱励磁实现恒功率调速。

2)交流电源变换器，主要是将输入的恒压恒频交流电转换为电压和频率可调的交流输出，因此又称为变频器。根据电力电子换流模式，变频器又可分为交一直一交变频器和交一交变频器，而在交一直一交变频器中，按其直流环节的储能元件的不同有恒压源(VSI)和恒流源(CSI)两种变频器。

原理

典型电源变换器分别由输入保护级(熔断器+输入浪涌电流抑制电路)、EMI滤波器、电源变换电路和输出隔离电路组成，为了保证电源供电的可靠性，电子设备的DC/DC电源往往采用热备份的工作方式，备份电源的设置与主份完全一致，通过输出隔离二极管实现并联供电，由于主份输出电压一般高于备份，工作时主份电源带载、备份电源空载，在主份电源出现故障时，备份电源带载工作，实现备份冗余的目的。

电源变换器产品的种类较多，国内研制的电源变换器产品主要采用多种功能的电路单元组合在一个模块里，用户使用方便，缺点是电源变换器的体积较大，灵活性差。国外研制的电源变换器产品主要采用单元模块的方式，即采用独立的EMI滤波器和电源变换器，优点是用户可以根据需要进行组合，使用灵活。

设计要点

在电源变换器设计中，首先根据负载要求确定电路拓扑，确定电源变换器的组成和备份方式，电源变换器的主要参数指标有输入电压范围、输出电压准确度、负载稳定度、电压稳定度、输出纹波、效率和动态指标，为了达到保护负载和电源变换器的目的，电源变换器具有过流保护过压保护及欠压保护能力，故障撤销后，电源变换器可以恢复正常工作，在母线电压及负载发生变化时，电源变换器具有快速的响应能力。因此，电源变换器的动态指标(启动特性、输入电压阶跃特性、负载阶跃瞬态特性)也是电源变换器的重要特性。此外，为了满足空间环境的要求，电源变换器需要考虑耐空间辐照能力、可靠性指标和设计寿命指标，这些指标主要是与电路拓扑、热设计、元器件质量等级和元器件参数降额等因素有关。

在分析任务要求基础上选择适合的电路形式，特别是功率级电路，应力求简单、可靠，优先采用单端电路拓扑，选择经过飞行考验的成熟的电路、标准电路，同时还要有良好的输入端故障隔离措施以及输出端对负载故障的适应性能。电路的选择与元器件的选用有密切关系，特别是一些分立元件，如功率管、整流二极管、滤波电容器等，应优选经过飞行验证的高可靠产品并降额使用。

电源变换器的电磁兼容性设计上在输入端加EMI滤波器以减小输入反射纹波电压对航天器电源系统的影响，在输出端加滤波电路减小输出纹波和噪声对用电设备的影响，电源变换器脉宽调制器的振荡频率应尽量与负载设备的工作频率进行协调后选定。电源变换器内部的布线、隔离、接地都应以电气系统电磁兼容性原则为依据进行设计。

发展趋势

全厚膜工艺的电源变换器、EMI滤波器将得到广泛的应用，产品的机、电、热接口将和国外产品完全一致，逐步替代进口模块。

由于母线电压的提高和航天器功率的增大，输出功率大于200W的功率模块将得到广泛的应用，这些模块具有并联均流、数字接口和1553B的通讯功能。

电源变换器的开关频率接近1MHz，基于厚膜混合电路的超小型电源变换器将得到开发和研制。