1 引言
    目前，90％的旅客都携带移动的个人电子设备，现在飞机已经开始安装座椅电源设备以满足旅客用电需求。机载设备的高标准决定了座椅供电系统必须满足输出电压稳定度高，输出纹波小，能够满足各项电磁兼容性测试等条件，并且具有小型化、轻量化等特点。在上述背景下，提出了一种基于SHE-PWM的电源系统方案，辅以各种保护电流提高系统整体安全性能，并根据DO-160F标准设计电磁兼容环节，提高系统抗电磁干扰特性。与传统电源相比，电源输出波形的品质、可靠性以及体积重量等方面有了很大优化。

2 SHE-PWM技术
    由于飞机运行环境的特殊性，座椅电源必须符合DO-160F标准。该标准指出，设备应具备传导及辐射干扰小、波形特性好、重量轻等特性，这给座椅电源的设计提出了更高要求：应尽量减少电源本身产生的谐波。SHE-PWM就是抑制谐波效果最佳的技术。该技术通过开关时刻的优化选择，消除选定的低频次谐波，有效降低了开关频率和开关损耗，提高直流电压的利用率，具有更高的输出电压波形质量。SHE-PWM方法的基本思想是通过傅里叶级数分析，得出特定脉冲波条件下的傅里叶级数展开式，根据需要确定基波分量的幅值，令需要消除的低次谐波分量的幅值为零，从而建立超越方程组，求解得到波形的傅里叶展开式各个频率的表达式，从而消去特定频率谐波。

    SHE-PWM电压波形如图1所示，每1／4周期的开关次数为N。为消除偶次谐波，波形正负半周期镜对称，为消除谐波中的余弦项，简化计算过程，波形在半周期内以，π／2为轴线对称。因此波形的傅里叶级数可表示为：
    
    通过给定基波幅值a1，再令特定的谐波频率aN=0，N个开关角度可构成N个独立的方程，求解得到可独立控制的N个角度，即可在控制基波电压幅值的同时，选择消除N-1个特定的谐波分量。

4 各模块电路设计
4．1 控制驱动模块
    HT1112芯片产生的4路调制波经过2片IR2110隔离放大输出，并对整个电路进行保护控制。PWM波发生芯片采用基于SHE-PWM技术的HT1112芯片，旨在实现一种能满足稳压输出且谐波成分较少的集成电源。HT1112芯片通过检测分压后的反馈交流电压，调整输出交流电压的幅值
与直流母线电压之比，达到稳压输出，其开关频率可达15．12 kHz。
    隔离驱动芯片IR2110无需隔离电源。采用2片IR2110通过自举法可实现IGBT桥路的四臂驱动，这对于减小系统整体体积，降低成本起到重要作用。因此，自举电容的选取较为关键。若电容选择过大，则可能使下桥臂关断时电容两端电压不能达到上桥臂要求；若电容选择较小，则会导致电容存储的电能不够维持内部MOSFET管栅源极两端电压。电容所需提高的最小电量为：

    式中：Uf为二极管上下压降；Uls为下半桥电路压降；Umin为Ub和Us之间最小电压。
    一般情况下，为保证自举电容能够将门极和发射极间的电压稳定维持一段时间，选取电容约为其最小值的15倍。在此设计选取10μF电解电容再并联一个104瓷片电容，效果较好。

[page]    设计中产生的过流超温信号通过光耦与控制电路进行隔离。电源电路中，开关的控制非常重要，精度、稳定性要求高，且控制电路对噪声敏感，一旦有噪声，控制电路中的控制信号就会紊乱，严重影响电源的工作和性能。因此，用光耦将电源中的两部分进行隔离，从而防止了噪声通过传导的途径传入控制电路中。
4．4 滤波电感的设计
    滤波电感设计的好坏直接影响系统的输出波形以及整体效率等问题。电感设计步骤如下：
    (1)L，C滤波参数的确定
    
    式中：Uo为输出电压；Udc为直流母线电压；P为满载功率；fs为开关频率。
    该方案采用消谐波技术，逆变输出基本不含前200次谐波，避免了传统后级滤波电感体积大等问题，选取较小电感值完成滤波要求。经过实验验证，选取0．5 mH电感即可完成后级滤波工作。截止频率fc为3～3．75 kHz，即可计算滤波电容值C=1／[(2πfc)2L]=5．635μF，选取4．7 μF，fc=3 284 Hz，满足滤波要求。
    (2)电感磁芯AP值计算  设计选取铁硅铝环形磁芯，它具有磁芯耗损低，温升小，能量存储能力高等特点。此处取Bm=0．3 T，窗口利用系数Ku=0．4，电流密度系数Kj=500，I为额定电流，可得：
    
    基于磁环绕制、AP值等方面的考虑，该设计选取型号77548A7铁硅铝磁环，铁心截面积Ae=65．6mm2，铁心窗口面积Wa=293 mm2，故磁芯的AP=AeWa=1．969 cm4>0．72 cm4，满足设计要求。

6 结论
    主要介绍了一种座椅供电系统的设计思路，实现了110V，60Hz正弦波信号的稳定输出，整个系统结构简单，尺寸小，重量轻，运行可靠。试验证明，与传统调制方式相比，采用SHE-PWM方式系统输出波形谐波特性良好，大大减小了滤波器尺寸。输出波形总谐波畸变率为3．31％，最高单次谐波含量为1．32％，符合机载用电设备试验电源标准中的单次谐波不高于3％，总谐波含量不超过4％的技术要求。