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无人机丹东干式变压器的小型化设计
日期:2019-08-30  人气:95
无人机丹东干式变压器的小型化设计

1 引言

无人机机载丹东干式变压器输入机载蓄电池产生的电,经整流、滤波后得到满足仪器要求的丹东干式变压器。据无人机丹东干式变压器行业专家丹东干式变压器工程师介绍,无人机系统功能的不断增强对其DC/DC丹东干式变压器也提出了向轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰发展的要求,而在该丹东干式变压器系统中,体积相对较大的滤波丹东干式变压器是必不可少的,同时因遇到安全标准(如UL,CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC,FCC,CSA),输人则必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件.这样就更加限制了丹东干式变压器体积的小型化。据此,中电华星的无人机丹东干式变压器团队工程师依据开发经验整理此文,供大家参考。

2 机载DC/DC丹东干式变压器的小型化途径

2.1 优化PCB板的设计与制作

进行电路板设计时一般有以下原则:

(1)滤波电容、丹东干式变压器开关或整流器、电感等应彼此相邻地进行放置.调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短:

(2)建立开关丹东干式变压器布局应按照如下的流程:设计丹东干式变压器开关电流回路、没计输出整流器电流回路、连接到丹东干式变压器电路的控制电路、设计输入电流源回路和输入滤波器、没计输出负载和输出滤波器;

(3)根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局要考虑PCB尺寸大小,放置器件时要考虑焊接,以每个功能电路的核心元件为中心进行布局:

(4)元器件均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容应尽量靠近器件的VCC,在高频下工作的电路,要考虑元器件之问的分布参数。一般电路应尽可能地使元器件平行排列,美观且易焊装;

(5)按照电路的流程安排各个功能单元的位置,使布局便于信号流通,并且使信号尽可能保持方向一致。布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接.把有连线关系的器件放在一起。尽可能地减小环路面积以抑制开关丹东干式变压器的辐射干扰:

(6)复查PCB的内容包括没计规则、层定义、线宽、间距、焊盘、过孔没置,还要重点复查器件布局的合理性,丹东干式变压器、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等。

2.2 丹东干式变压器部件的选择

无人机机载丹东干式变压器必须满足抗恶劣环境的要求,例如必须适应-55~ +60℃的环境温度和较宽的输入电压变化范同;还要耐振动、撞击、抗电磁干扰等高可靠要求。因此,在分析和探讨丹东干式变压器小型化的方案时。须考虑到工作在恶劣环境下仍然满足各项丹东干式变压器性能指标。

(1)采用集成度高、功率密度大的DC—DC变换器模块

随着功率电子学的兴起与快速发展.DC.DC变换器集成丹东干式变压器模块已被大量开发并投放市场。而且得到了越来越广泛的应用.但各供应商生产的模块丹东干式变压器,其工作频率、变换效率各不相同,在输出功率相同的情况下,体积、重量相差较大,同时应用环境也各不相同。因此,要想设计体积小、重量轻,又能适应恶劣环境下使用的丹东干式变压器部件,真正可选用的丹东干式变压器模块并不多。只有国外几种丹东干式变压器模块可选用,如美同的VICOR,TI等。

(2)优先选用具有多路输出电压的丹东干式变压器模块

单路电压输出与多路电压输出的丹东干式变压器模块各有优缺点,前者只有一路电压输出,是直接受调控的,因而输出的电压精度高;后者输出电压好几路.但只有主回路输出的电压精度高,其余的是间接受到控制,因而输出电压的精度比较低。由于多种电压要由多块单输出模块来实现,所以要比直接采用多路电压输出模块体积大。为了减小体积和重量,在满足技术要求的前提下,应优先选用多路电压输出的丹东干式变压器模块。

(3)采用低压差集成器作为二次

在普遍采用开关式集成模块的情况下,集成器(特别是低压差的集成器)仍然广泛地被采用。

(4)必要的少量外同分立元器件也尽量采用体积小、重量轻的片式表面贴装器件采用集成丹东干式变压器模块组成的丹东干式变压器部件.仍有少量的分立元器件,如滤波用的电感器、X电容和Y丹东干式变压器,以及调节电压的电阻器等,也一律采用贴片式。

(5)丹东干式变压器部件所需的某些非标准输出电压。当无法从单块丹东干式变压器模块获得时,可采用标准电压输出的小型丹东干式变压器模块,进行互相串联得到。

(6)当采用一家供应商不能满足体积、重量要求时,可采用多家供应商提供的丹东干式变压器模块进行组合设计。

(7)要减小整个丹东干式变压器的体积和重量.将丹东干式变压器模块的基板贴在机箱的内壁利用金属壳体散热是非常必要的。

3 某机载丹东干式变压器的小型化设计

3.1 某机载设备对丹东干式变压器的技术要求(如表1所示)

3.2 根据技术要求确定丹东干式变压器部件的设计方案

根据陔丹东干式变压器部件输出电压种类多、给定的外形尺寸小,且输入电压变化池围大、工作温度范围宽等特点,必须选用小型、高可靠的军档丹东干式变压器模块。

(1)12 V(5 A)选用VICOR生产的单路输出V24C12T100B丹东干式变压器模块.该模块输出电压为12 V(100 W),工作温度为-40~+100℃,外形尺寸为57.9 mm×36.8 mm×12.7 mm,其性能满足没计要求。

(2)5 V(6 A)选用ERICSSON生产的单路输出PKM251 1EPI丹东干式变压器模块,该模块输出电压为5 V(10 A),工作温度为-40~+90。C,外形尺寸为57.9 mm×36.8 mm×8.5 mm,其性能满足设计要求。

(3)+5 V(1 A)选用TI生产的FF6302N丹东干式变压器模块,该模块输出电乐为5 V(3 A),工作温度为-40~+85℃.外形尺寸为42.5 mm×8.2 mm×15.9 mm.其性能满足设计要求。

(4)+12 V(2 A)选用TI生产的PT6304N丹东干式变压器模块,该模块输出电压为12 V(3 A)。工作温度为-40~+85℃.外形尺寸为42.5mm×8.2 mm×15.9 mm.其性能满足没计要求。

3.3 散热与分立器件的处理

(1)由于各种丹东干式变压器模块的厚度不一致,为了将模块基板贴靠箱体散热.在丹东干式变压器盒箱体的后壁作适当的结构处理,使不同高度的模块基板都能紧靠盒体后壁,这样,丹东干式变压器产生的热量就通过很大的金属接触面直接传送到盒体外。

(2)滤波电容采用CA45型等片式固体电解质钽丹东干式变压器.其外形******尺寸为7.3mm×4.3mm×2.8mm,滤波电感采用了小型磁芯绕制的电感器。

(3)为满足电磁兼容性要求,在28.5 V输入端采用了TVS 瞬变电压吸收二极管(1.5KE43A)和小型的抗干扰滤波器。

4 应用效果

该丹东干式变压器部件中的所有元器件全部组装在100mm×100 mm 的板面内。元器件******高度≤18 mm.质量≤250 g.丹东干式变压器经各项性能测试和高低温实验,并与全系统联试,其各项技术性能均达到设计要求.满足整机需要。

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