高頻開關通信電源系統(tǒng)的研制
1引言
高頻開關通信電源系統(tǒng)是通信、電力、交通、金融等行業(yè)的主要供電設備，是集電路、磁路、控制及計算機技術于一體的高新技術產(chǎn)品。目前國內(nèi)外許多大公司，包括英國Advance、華為、中興、通力環(huán)等都有系列產(chǎn)品銷售。但隨著通信產(chǎn)業(yè)和電力電子技術的發(fā)展，電源技術也在不斷地前進。本文對影響開關電源性能的幾個關鍵技術進行了分析，在此基礎上研制新型高可靠性、高效率、低污染開關電源系統(tǒng)。
2市場對新型開關電源的主要技術要求
（1）高可靠性開關電源系統(tǒng)MTBF（平均無故障工作時間）應≥15萬小時。
（2）低電磁污染主要包括低輸入諧波干擾和低高頻電磁干擾兩個方面。
�。�3）低輸出紋波紋波大是開關電源的缺點之一，是引起數(shù)字電路誤動作、計算機死機的主要原因。
3新型開關電源組成
新型低污染、高效率、低應力、低輸出紋波開關電源的原理框圖如圖1所示，主要包括EMI及浪涌吸收濾波電路，前級有源軟開關功率因數(shù)校正電路，相移諧振軟開關DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。
4低應力高可靠電源變換技術
功率器件開關應力（包括熱應力和電應力）是影響電源可靠性的主要因素，功率器件的熱應力包括其穩(wěn)態(tài)溫升和開關過程中的動態(tài)功耗兩部分，穩(wěn)態(tài)溫升主要和系統(tǒng)的效率有關，只有減少系統(tǒng)各元器件的功耗（主要包括變壓器、變換器件、吸收回路的功耗），才能提高系統(tǒng)效率從而降低穩(wěn)態(tài)溫升。動態(tài)損耗即開關過程中UI乘積，可通過使開關過程中電壓、電流波形錯位的方法來減少。功率器件的電應力即開關過程中電壓、電流變化率及峰值。新型電源設計中采用軟開關變換技術來減少功率器件的應力，提高系統(tǒng)可靠性。軟開關變換技術包括前級功率因數(shù)校正、軟開關變換技術和后級相移軟開關變換技術兩部分，前級功率因數(shù)校正及軟開關變換電路的原理如圖2所示。
控制電路采用Unitrode公司UC3855完成，主、輔管驅(qū)動波形如圖3所示，V1為主開關管，V2為輔助開關管，在主管V1開通之前先使V2導通，實現(xiàn)主開關管的ZVS開通，從而顯著降低功率器件的開關損耗和開關電應力，提高系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容性。
后級相移軟開關變換電路原理如圖4所示。
V1－V4組成橋式變換電路，L1為儲能諧振電感，其控制由Unitrode公司UC3875完成，V1，V2，V3，V4的驅(qū)動信號如圖5所示。
該電路工作的主要難點是如何在比較大的范圍內(nèi)使滯后臂實現(xiàn)軟開關，通過諧振電感、電容及死區(qū)時間的優(yōu)化設計滿足要求。
5低污染電源變換技術
低頻諧波干擾及高頻電磁干擾是開關電源污染的主要形式，低頻諧波干擾主要來源于開關電源輸入的非線性。目前減少低頻諧波干擾的主要措施有：無源校正措施和有源校正措施。新型電源采用有源功率因數(shù)校正技術，即采用有源功率變換使開關電源輸入線性化的技術，原理如圖6所示。其工作原理是通過電壓、電流閉環(huán)控制和功率變換電路使輸入電流跟蹤輸入電壓，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，減少低頻諧波。
高頻電磁干擾是開關電源的另一種污染，指150kHz～30MHz的高頻傳導干擾。主要包含兩類干擾：常模干擾，即高頻器件開關引起的輸入線之間的干擾；共模干擾，即功率器件、變壓器與機殼地之間的漏電流引起的輸入線與機殼地之間的干擾。電源中采用了常模共模濾波網(wǎng)絡，濾除電源高頻干擾。另外，在功率器件、變壓器與機殼地之間采用法拉地屏蔽器、主功率變換采用軟開關技術及優(yōu)化輸入電感濾波網(wǎng)絡設計，也可以顯著增強電源的抗高頻干擾性能。
6輸出紋波抑制措施
開關電源輸出紋波主要來源于四個方面，即輸入交流電源噪聲，高頻差模噪聲，寄生參數(shù)引起的共模噪聲和功率器件開關過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲。
交流電源噪聲主要來源于輸入工頻交流分量，可采用前級預穩(wěn)壓和增大DC/DC變換器閉環(huán)增益來消除。
高頻差模噪聲來源于高頻功率開關變換電路，其大小主要和開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構和參數(shù)有關，設計中盡量提高功率變換頻率，以減少高頻開關噪聲。
共模噪聲主要來源于功率器件、變壓器與機殼地之間的漏電流，盡量減少功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容，并在輸出側(cè)加共模電感及共模電容，可減小輸出共模噪聲。
超高頻諧振噪聲，主要來源于高頻整流二極管反向恢復時二極管結(jié)電容、功率器件開關時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率一般為1～10MHz，通過選用軟恢復特性二極管、結(jié)電容小的開關管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。
7新型電源技術指標
輸入電壓范圍：AC154～286V（單相）
輸出電壓范圍：均充57.6V
浮充43.2—56.2V
額定輸出電流：50A
效率：90％
輸入功率因數(shù)：0.98
負載效應：±0.08％
源效應：±0.02％
負載響應：<200μ s
起動電流：≤130％
端子干擾電壓：0.15～0.5MHz75dBUV
0.5～30MHz70dBUV
輸出紋波（峰－峰值）：150mV
8結(jié)論
在滿足客戶需求的前提下，系統(tǒng)地分析實現(xiàn)高可靠性、低污染、低輸出紋波的技術措施，并在此基礎上研制成功新型高效率、低污染，低輸出紋波開關電源，達到原郵電部入網(wǎng)要求，滿足市場需求�！ �
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