一种有源相控雷达供电电源的制作方法

本技术涉及供电电源，尤其涉及一种有源相控雷达供电电源。

背景技术：

1、星载合成孔径雷达等有源相控阵载荷是卫星对地观测与侦察的核心设备，其内部集成了数字波束形成、高速信号处理、射频收发通道及波控单元等众多子系统。这些子系统对供电电源提出了极为苛刻的要求：需要同时提供3.3v、5v、5.5v和-5v等多路精密电压，且其中5v数字处理电源在雷达脉冲发射期间需承受高达80a的瞬态峰值电流。

2、卫星一次电源母线通常提供70v至110v的直流电压，传统星载电源多采用“高压母线直转低压”的集中式架构，或使用多路隔离变换器。然而，随着星载雷达向高分辨率、多功能方向演进，载荷舱分配给电源系统的物理空间急剧压缩，传统架构的体积、效率和散热问题变得不可调和。具体表现为：高压直转低压时，极大占空比悬殊导致开关损耗极高，必需的大尺寸散热结构严重侵占有效载荷空间；多路隔离方案则依赖体积庞大的变压器，且交叉调整率差，难以在狭小空间内实现稳定的大电流输出。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供一种有源相控雷达供电电源。

2、为达到上述目的，本技术的实施例提供了一种有源相控雷达供电电源，包括：

3、输入滤波单元，输入滤波单元输入端连接卫星高压一次母线；

4、前级同步整流buck变换单元，前级同步整流buck变换单元的输入端与输入滤波单元的输出端连接，前级同步整流buck变换单元包括pwm控制器、栅极驱动模块及半桥功率mos管，pwm控制器输出pwm驱动信号至栅极驱动模块，栅极驱动模块驱动半桥功率mos管，用于将卫星高压一次母线电压变换得到中间母线电压；

5、中间母线，中间母线的输入端连接前级同步整流buck变换单元的输出端，用于传输中间母线电压；

6、dc-dc变换单元，dc-dc变换单元的输入端连接中间母线的输出端，用于将中间母线电压转换为多路不同电压值的直流输出；dc-dc变换单元至少包括一个四相交错并联buck变换模块，四相交错并联buck变换模块的四路功率相位互相错开，配置主动均流控制，用于为雷达脉冲负载提供可承受瞬时大电流阶跃的输出；

7、时序控制单元，时序控制单元由纯硬件器件构成；时序控制单元连接至中间母线，用于采样中间母线的电压信号作为时序判决依据，时序控制单元的多路输出端分别连接dc-dc变换单元中各dc-dc变换器的使能端，用于控制各dc-dc变换器按照预设顺序依次启动。

8、在其中一个实施例中，输入滤波单元包括多颗并联的陶瓷电容、y电容以及两级级联共模电感；

9、多颗并联的陶瓷电容连接于卫星高压一次母线的正极与功率地之间，用于旁路差模噪声电流；

10、两级级联共模电感串联于卫星高压一次母线的正负极路径中，两级级联共模电感的输入侧连接卫星高压一次母线的正负极端，两级级联共模电感的输出侧连接前级同步整流buck变换单元的电压输入端；

11、y电容连接于两级级联共模电感输出侧的功率母线与机壳地之间，用于提供共模噪声泄放回路。

12、在其中一个实施例中，前级同步整流buck变换单元中的pwm控制器为同步整流降压控制器，栅极驱动模块包括第一外置独立栅极驱动子模块和第二外置独立栅极驱动子模块，半桥功率mos管包括上管功率mosfet和下管功率mosfet；

13、同步整流降压控制器输出两路互补pwm驱动信号，两路互补pwm驱动信号分别输入第一外置独立栅极驱动子模块和第二外置独立栅极驱动子模块的输入端；第一外置独立栅极驱动子模块和第二外置独立栅极驱动子模块的输出端分别对应驱动上管功率mosfet和下管功率mosfet；

14、上管功率mosfet的漏极连接输入滤波单元输出端，上管功率mosfet的源极与下管功率mosfet的漏极相连形成开关节点，开关节点连接功率电感的输入端；下管功率mosfet的源极接功率地，功率电感的输出端连接中间母线的输入端。

15、在其中一个实施例中，前级同步整流buck变换单元还包括分压式输入过欠压保护电路以及展频频率调制模块；

16、分压式输入过欠压保护电路由电阻分压网络构成，电阻分压网络采样卫星高压一次母线电压，并输出使能控制信号至pwm控制器，当卫星高压一次母线电压低于欠压阈值或者高于过压阈值时实现硬件闭锁保护；

17、展频频率调制模块设置于pwm控制器，用于对开关频率做周期性调制，展宽开关谐波能量，降低电磁干扰峰值。

18、在其中一个实施例中，dc-dc变换单元还包括-5v输出变换模块、5.5v输出变换模块以及3.3v输出变换模块；

19、-5v输出变换模块采用反相同步降压-升压变换器拓扑，用于将中间母线电压转换为-5v电压输出；

20、5.5v输出变换模块采用同步降压拓扑，用于将中间母线电压降压至5.5v电压输出；5.5v输出变换模块的输出链路配置多级lc滤波结构，多级lc滤波结构包括第一级功率lc低通网络与第二级高频噪声衰减网络，第二级高频噪声衰减网络由铁氧体磁珠与陶瓷电容构成；

21、3.3v输出变换模块采用电压模式同步整流降压拓扑，用于将中间母线电压降压为3.3v电压输出。

22、在其中一个实施例中，四相交错并联buck变换模块的四路功率相位对应四路pwm驱动信号，四路pwm驱动信号相位依次错开90°。

23、在其中一个实施例中，时序控制单元包括比较器、光耦及阻容网络；

24、时序控制单元的供电端连接至高压线性稳压器的输出端，高压线性稳压器的输入端连接卫星高压一次母线，用于将卫星高压一次母线电压转换为12v以向比较器和光耦供电。

25、在其中一个实施例中，时序控制单元采样中间母线电压作为时序判决依据，其预设顺序具体为：

26、当中间母线电压建立并达到欠压锁定阈值后，时序控制单元输出第一路使能信号以开启-5v输出变换模块；

27、当-5v输出变换模块建立输出电压后，时序控制单元通过光耦导通以输出第二路使能信号，开启5.5v输出变换模块；

28、当接收到外部使能指令，时序控制单元输出外部使能信号，分别开启四相交错并联buck变换模块和3.3v输出变换模块。

29、在其中一个实施例中，输入滤波单元、中间母线、dc-dc变换单元和时序控制单元焊接于主电源板；前级同步整流buck变换单元的半桥功率mos管焊接于独立铜基板；独立铜基板叠层布置在主电源板下方，独立铜基板通过端子与主电源板电气连接；铜基板底面通过导热介质贴合设备外壳。

30、在其中一个实施例中，主电源板内层铺设有连续布设的实心铜箔；主电源板上布置有密集过孔阵列；

31、主电源板边缘设置裸露铜包边，铜包边通过高导热绝缘垫片压紧贴合设备壳体；

32、设备壳体上对应各发热器件位置处分别设置凸台，各凸台的高度与对应位置发热器件的器件高度相适配，各凸台与对应位置发热器件的顶面之间填充导热垫；

33、发热器件与设备壳体之间的间隙处进行局部导热灌封。

34、本技术相比现有技术具有以下有益效果：

35、本技术通过前级同步整流buck变换单元先将卫星高压一次母线转换为中间母线电压，再由后级dc-dc变换单元分别转换为多路低压输出，形成高压预稳压+中压母线+低压二次变换的两级架构。基于此架构，前级仅需承担高压到中压的单级变换任务，可在最优占空比区间实现98%以上的高效转换，从源头大幅降低热耗；后级各模块以固定的中间母线为输入，可选用低压大电流高性能器件，从而在整体上以分散热源的方式取代传统集中式变换器的单一巨大热源，使数百瓦级功率变换在无附加散热器的条件下成为可能。同时，dc-dc变换单元中的四相交错并联buck变换模块通过多相功率级在时间上交错导通，使等效开关频率成倍提升，输出电流纹波频率倍增而幅值大幅减小，从而在相同动态响应要求下显著减少输出储能电容的数量和体积；四相主动均流控制将脉冲电流均匀分配至各相，各相功率级仅需按平均功率设计，避免了单相承受全部峰值电流所导致的过流和过热风险，进一步压缩了滤波与散热元件的占用空间。在此基础上，由纯硬件器件构成的时序控制单元直接采样中间母线电压作为判决依据，无需额外的数字可编程器件和软件参与，从根本上消除了星载辐照环境下软件跑飞或单粒子翻转导致时序错乱的可能性，确保各dc-dc变换器在多路电压复杂交联的系统中严格按照预设顺序安全启动，有效规避了负载器件因供电顺序异常而引发的闩锁或损坏风险。综上，本技术的各技术特征在高压变换、脉冲供电与时序控制三个层面形成了递进式的协同配合，共同实现了在星载极度受限空间内高功率密度、高效率、高抗辐射可靠性的供电解决方案，解决了传统架构在体积、散热和时序安全性方面难以兼顾的技术难题。