信息通信
INFORMATION & COMMUNICATIONS
2020年第02期
(总第206期)
2020(Sum. No 206)
一种宽范围270V 转28V 机载计算机电源设计
刘卫华，闫稳，滕国飞，赵 刚
(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安710065)
摘要：机载270V 转28V 计算机电源具有宽范围输入的特点，且负载往往也存在大范围变化，使软开关电源设计难度提升。
针对该问题提出一种应用buck+LLC 电路的设计丄LC 工作在定频的开环控制状态，并在buck 电路中引入电感电流闭环,
在保证软开关效果的同时，增强了对输入电压和负载变化的抗扰性。在Matlab 中的仿真结果证明了其有效性。
关键词：计算机电源;buck ；LLC ；闭环控制
中图分类号:TM743
文献标识码:A 文章编号:1673-1131(2020)02-0102-03
Design of avionics computer 270V to 28V power supply with the wide range of input voltage
Liu Weihua, Yau Wen, Teng Guofei, Zhao Gang
(AVIC COMPUTING TECHNIQUE RESEARCH INSTITUTE, Shaanxi, Xi'an, 710065)
Abstract: The Characteristics, including wide-range variation of input voltage and load condition, increase the difficulty of de
sign for avionics computer 270V to 28V power supply. To solve this problem, a design based on the buck+LLC circuit is pro posed. In this strategy, LLC converter works at the open-loop-co
ntrolled soft-switching condition with the invariant switching frequency. Furthermore, inductor current feedback is employed for suppressing the disturbance of the input and load variation.
Simulating results in Matlab testify the validity of the design.
Keyword: Computer power supply, Buck, LLC, Closed-loop control.
0引言
当前大型机载计算机功耗超过lkw，多釆用270V 高压直 流供电，而应急电源及内部母线均为28V，则270V 转28V 电
源必不可少叫同时，为满足供电兼容性,270V 转28V 电源往
往具有宽输入范围的特点，输入范围可达190V-450V，使得应
用软开关的LLC 型DC-DC 电路增益范围宽，设计难度增加。 另外，因机载环境工作状态复杂，负载也存在大范围变化的情 况，特别是大功率情况下，品质因数值较小，电路在ZVS(Zero
Witage Switch)工作区间内获得大范围增益调节能力困难，进 一步增加了设计难度叫需要一种具有对输入电压和负载宽范
围变化适应能力的设计，来保证电源在工作范围内高效运行。
1常规LLC 变换电路的设计问题
常规LLC 变换电路有全桥、对称半桥、不对称半桥等几种
形式叫当负载达到1500W 时，考虑到体积等因素，此处选择
全桥LLC 电路，拓扑如图1所示。
定义串联谐振频率：
加反冷 (1)
釆用基波等效法，若等效电阻=活念，则等效品质因
数Q 。与品质因数Q 的关系：
若歩为开关频率，令：缢巧/ /o,k L =Lm/ L" Rq 两端电压为
及'。当开关频率变化时，其输入、输出增益就是叫
1
(1+免-免/£2)+qs _i /£)2
图2当RL 不同时M 的曲线
则当R l 不同时，M 随办变化的曲线如图2所示(取
n=20/7)。通常LLC 电路工作在感性区间内，即挂低于卅叫 当输出28V 带1500W 负载时,RL 接近0.5Q，则从图2可以看
收稿日期：2020-01-14
作者简介：刘卫华(1979-)，男，河南安阳人，高工，研究方向：机电管理系统，嵌入式计算机；闫稳(1974-)，女，河南南阳人，硕士，研究员，研究 方向：机电管理系统，嵌入式计算机。
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信息通信刘卫华等：一种宽范围270V转28V机载计算机电源设计
出，此时曲线壇益在2以下，LLC电路难以在满足ZVS工作的区间内通过调频获得大范围的增益调节能力。因此在变压器变比受限的情况下，宽范围输入、负载功率较大的270V转28V单级LLC电路设计难度大。
2buck+LLC电路的设计
从图2可知，当开关频率歩接近串联谐振频率，即搖接近1时,LLC增益M接近1，基本不随负载情况变化。结合本文系统输入电压为190VT50V的宽范围，满载1500W的需求，采用buck+LLC的拓扑，如图3所示。
其中LLC电路工作在开环定频控制状态，其开关频率接近串联谐振频率弘则即使员载大范围变化,LLC电路输入输出增益接近变压器变比n。当输入为190V时,LLC参数需要能够满足1500W输出的要求。
图3buck+LLC电路及引入it反馈的控制策略文献⑸中采用三闭环结构，相当于％与V。均参与闭环控制。从以上分析可知，因LLC电路增益近似为n，因此V＜与V。关系相对固定，即％与V。近似为比例关系。则当LLC电路工作在久附近时，易于通过控制V。来实现对buck电路的控制。因此本文系统中％闭环可省去。
因J与Q构成二阶系统，为增强控制系统稳定性并加快响应速度，本文设计引入buck电路的电感电流反馈，控制框图见图3。则该两级电路的控制设计就转化为对buck电路的双闭环控制的设计，使设计工作大为简化。
其中「取0.4mH,buck电路开关频率选择150kHz可在控制电感体积和开关损耗的同时，减小电流纹波。G取620pF 可显著减小％的纹波。谐振电路中Lr=20pH,C r=100nF, U=120pH，则為约为112kHz,LLC开关频率取110kHz, C o=47OjxF，变压器变比取n=20/7可满足低压输入下带满载的设计要求。
3仿真验证
采用图3电路结构，利用Matlb中的simulink进行电路与控制策略的仿真验证。外环PI参数分别为20、50，内环采用比例控制，比例系数为3。仿真结果如图4所示。
04(a)为1500W满载下，输入电压在100ms内在190V 至450V间快速变化的仿真波形。可以看出，在宽输入范围下，本文策略能够保持输出稳定，28V输出电压波动范围不超过1%。
圏4(b)为270V输入下，负载在10%、20%、50%、100%间跃变时的响应情况。可以看出，负载快速变化时，输出电压能够迅速响应，并保持稳定，波动范围不超过1%O
30
25-；
20L l
EQ_I----------•------------------------------!-------------------•-----------«----------'--------------------…
…;......--.......:…
…
©；…一:……1…•…1…….i…•…;•……1…….1……1…•…i.…、
30-----1---------»-----------------------------1-------------------1------1----------i------------------002 003 0040.05O.OG0.07008 0.0901011012 (Q满载输入大范围变化时的工作波形
30
25
20
60
40
20
0030040050.060070080.090.1011012
(b)负载大范围变化时的工作波形
15
10
5
0.11980.11980.11980.11980.11990.1199
(c)轻载(10%负载)时V3的软开关情况
(d)满载时Vs的软开关情况
图4仿真结果
图4(c)、(d)为LLC开关管ZVS软开关情况的波形(以为例)，其中为谐振槽中电流，为两端电压。从图中可以看出，在轻载和满载情况下，本文电路都能顺利实现MOS管的ZVSo 验证了本文电路设计的有效性。
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2020年第02期
(总第206期)
2020(Sum. No 206)
一种AFDX 网络数据加卸载卡/座测试性改进设计
贾世伟，退计划
(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710065 )
摘要:AFDX 网络数据加卸栽卡/座是航电系统加卸栽任务的专用设备，其主要实现数据加栽卡与航电网络之间的通信。 测试性设计技术与产品可靠性、维修性、保障性、安全性等其它通用质量特性同等重要，良好的测试性设计可以提离装备
的战备完好性、任务成功性，減少维修人力和保障资源，降低装备寿命周期费用。
关键词:AFDX；测试，性；改进；故障隔离
中图分类号:V243 文献标识码:A 文章编号：1673・1131(2020)02・01044)2
1概述
AFDXm 网络数据加卸载卡/座是基于AFDX 端系统扩展 设计而来，主要实现AFDX 端系统功能、数据加载功能、数据 卸载功能、毁钥功能、BIT 自检测功能等。
测试性回改进是在装备测试性现状的基础上，通过改进诊
断策略、BIT 实现方法、产品跳线等简单易行的方式，较为明显 的提升产品的测试性技术指标。
2数据加卸载卡/座测试性现状
通过对数据加卸载卡/座进行测试性建模叫得出数据加卸 载卡/座理论上的测试性指标，如下表所示：
表1测试性建模指标
测试选择故障检测
*故障隔离率
到一个SRU 到二个SRU
在线BIT 0
00
加电BIT 19.56%100.00%100.00%启动BIT 72.80%100.00%100.00%
三种BIT (合)
85.65%
100.00%
100.00%
通过对数据加卸载卡/座开展测试性研制试验，得到数据
加卸载卡/座实际的测试性指标，如下表2所示：
表2测试性研制试验后故障检测率
初步
样本量
检测成功样本数
故障检测率
-级(BIT)
二级(BIT+
内场测试
一级
二级
点估计
单侧置信
下限
点估计
单侧置信
下限
8010
—12.5%9^1%——
通过测试性研制试验可知，数据加卸载卡/座BIT 可检测
的样本量数为10个，故障检测率为9.21%，远低于用户要求的
98%的指标，因此，必须对数据加卸载卡/座开展测试性改进工 作，改进原则为故障必须为BIT 能检测到且能上报到中央维 护系统或者可明显被机组人员识别。
3设计改进方案
测试性研制试验"哄用例总数为14个，执行用例总数为
14个，问题用例数为5个，对应问题故障模式数为3个。主要 问题有2类：
(1) B IT 设计不完善，主要有以太网PHY 的测试失败问题、
发送缓冲RAM 故障后无法上报故障码等故障模式。
⑵模糊组无隔离措施，主要是无法隔离数据加卸载卡和
数据加卸载座不通信到底是数据加卸载卡故障还是数据加卸
载座故障。
本文针对以上两类问题，分别从硬件和软件开展改进设计.
3.1硬件改进设计
硬件设计改进，主要从解决模糊组、解决死机后不报送等
方面考虑，包括：
⑴新增硬线设计。由于硬线(即产品上的单独走线，含
连接器的个别插针)的失效率低于元器件两个数量级以上，因
此硬线本身的失效率可忽略不计。硬线可作为确定模糊组数
据加卸载卡和数据加卸载座不通信的硬件标识。从现有设计 连接器定义中到未被定义的接触件2个，一个定义成
28VGND 信号，一个定义成Insert 信号，在数据加卸载卡中将
上述2个信号短接，在数据加卸载座中作为28V 地开信号的
离散量处理。当检测到Insert 信号为低时，表示数据加卸载卡
已插入；当为Insert 信号为高时，表示数据加卸载卡未插入。
(2) 新增余度监控设计。为了保证AFDX 的双余度物理端
收稿日期：2019-12-25
4结语
针对机载270V 转28V 计算机电源输入范围宽、员载变化 大的问题，提出一种应用buck+LLC 电路的设计。LLC 电路
工作在定频状态，利用buck 电路应对输入侧和负载扰动，实 现输出调节。同时引入电感电流闭环，在保证软开关效果的
同时，增强了对输入电压和负载变化的抗扰性。在Matlab 中 的仿真结果证明了设计的有效性。参考文献：
[1]陈仲，许亚明，王志辉，等.航空高压直流电网低频纹波的有
源抑制[J].电工技术学报,2015”30(20)： 151-158.
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换器拓扑结构选型研究[J].大功率变流技术,2017,6,23-28.
计算机功耗[4]裴云庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用M.机
械工业出版社,2010.5，北京.
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