曹晨　张建飞

关键词：气象雷达；大功率电源；开关电源；低压输入电源；并联应用

中图分类号：TN86 文献标识码：A

0 引言

气象雷达是专门用于大气探测的雷达，常用于警戒、预报和小尺度天气系统中[1]。目前，我国在气象雷达的设计与研究上取得了较大进步，应用最新的计算机、通信和图像处理技术，使得雷达的数据处理和显示分析系统功能愈加强大，并且可以完成雷达回波的显示及雷达控制等多种功能[2]。

本文基于某项目气象雷达的要求，设计了一款能够实现低压输入的大功率电源。由于信号频率变高，可以减小变压器内的铁心[3]，故该电源采用开关电源技术，开关电源的优点是高效率和高功率密度输出。由于一个DC/DC（直流转直流）变换器的功率不能满足要求，因此通过并联DC/DC 变换器的方式实现大功率输出。

1 VICOR DC/DC变换器

DC/DC 变换器是现代高频开关电源的基本组成部分[4]。美国VICOR 公司是国际知名的电源变换器（也称“电源模块”）生产厂家，是目前世界最大的高密度电源模块生产商之一。主要有3 代模块产品在市场上销售：一代模块产品最大功率为200 W；二代模块产品最大功率为700 W；三代产品为晶片产品，功率密度极高。本项目采用VICOR 二代模块并联的方式，可以满足小体积、大功率的要求。

模块选择半砖24 V 输入系列，该系列具有以下特点[5]：①直流电输入范围为18 ～ 36 V；②输出隔离；③启动电压为16 V；④输入浪涌可承受冲击为50 V、100 ms；⑤输出电压为3.3 ～ 48 V 直流电；⑥输出电压可调范围为10% ～ 110%；⑦负载调整率为±0.5%（空载到满载）；⑧最大效率可达89%；⑨最大工作温度为100℃（满载）；⑩支持N+M 并联；使用ZCS/ZVS（零电流开关/ 零电压开关）技术。

2 电源设计原理

根据VICOR 模块以及本项目需求，最终电源设计原理如图2 所示。图中，AW1、AW2、AW3为3 个VICOR 模块；+In 和-In 分别为模块输入正负引脚；+Out 和-Out 分别为模块输出正负引脚；PC（primary control）为控制引脚（控制模块导通关断）；PR（parallel）为并联引脚（模块需并联时应用）；+S 和-S（Sense）为补偿引脚（补偿输出，分别与+Out、-Out 相连）；SC（secondary control）为调压引脚（调节输出电压值）；CAP（capacitor）为电容；DIODE 为二极管。

该电源采用3 块模块并联的方式，由单独模块200 W 的输出功率实现电源600 W 的输出功率，以满足项目550 W 输出功率的要求。

并联引脚需要接电容和电阻，电容C2、C12、C22 的容值均为0.001 μF，电阻阻值需要根据并联模块数量来定，如表1 所示。

由于本次为3 块模块并联应用，故电阻R1、R8、R9 的阻值均为50 Ω。

输出并联后需要调压，选一个模块接调压电阻即可。本项目采用电位器调节电压，输出可变；也可将电位器换成固定电阻，适合固定输出且批量生产的情况。

3 PCB设计原理

由于体积有限，电源外形尺寸为315 mm×75 mm×33.5 mm，适合安装在狭长的空间中。电源模块并联应用时，最佳PCB（印制电路板）布局是各个模块的输入输出走线等长，如图3 所示。但本项目由于电源外形结构条件限制，电源PCB 布局如图4 所示，3 块DC/DC 模块顺次相接，模块输入电流逐级递减，模块输出电流逐级增加。由于电源功率较大，输入电流最大约为38 A，输出电流最大约为75 A，且越靠近输出端电流越大，此布局需要增加印制线的面积，同时扩流。

4 结果与讨论

由于该项目电源结构尺寸以及安装方式已经确定，最终电源成品如图5 所示。左侧的接线端为电源输出的接线端，右侧的接线端为电源输入线和控制信号的接线端。由于输出电流较大，采用4 个端子并联为输出电流正，另外4 个端子并联为输出电流负。电源上下两排共8 个孔，为电源的安装孔。

将成品电源放于测试工装上，电源输入端接直流稳压仪表电源，输出端接滑线变阻器，开机预热1 min 后在常温下进行性能指标测试。指标测量结果如表2 所示。

由此可以看出，实测指标均可以满足要求。电源内部模块并联虽然不是最佳摆放位置，但是通过优化PCB 设计，依然可以保证性能指标，电源设计合理可行。

5 结论

本项目电源由于功率大且体积尺寸受到限制，使得电源原理设计与PCB 布局存在一定的难度，通过PCB 合理走线，使得并联应用得以实现。最终本电源在输入范围为直流18 ～ 36 V 的情況下，可以提供输出电压8 V、输出电流最大75 A，且受到TTL 电平控制，控制逻辑：当控制信号为TTL高电平时，电源有输出；当控制信号为TTL 低电平时，电源无输出。电源在常温下的测试指标完全满足该项目气象雷达T/R 电源的需要，同时也对电源工作温度在-40 ～ 80℃ 进行设计保证。电源已通过整机测试验证，满足批量生产的条件。