本電源主要采用了Vicor" title="Vicor">Vicor公司的電源模塊作為內(nèi)核集成,，并輔以簡單的外圍電路,，整機(jī)體積小,、重量輕、效率高,，確保了長期滿負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,。
基本技術(shù)指標(biāo)是輸入電壓220VAC±20%、輸出DC +48V/20A,、輸出電壓調(diào)整范圍+49~+59V,、效率≥80%、電壓穩(wěn)定度＜0.5%,、負(fù)載穩(wěn)定度＜1.5%,、紋波電壓Vp-p＜0.5%，具有輸出過壓,、限流,、過溫和短路保護(hù)。
工作原理
開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源原理框圖如圖1所示,。
圖1 開關(guān)電源原理框圖
交流輸入
輸入220V交流電壓后,，經(jīng)過壓敏電阻、EMI濾波" title="濾波">濾波,、橋式整流器,，瞬態(tài)電壓抑制器轉(zhuǎn)變成310V左右的直流電壓輸入功率因素校正電路,。EMI濾波選用了Vicor公司配套的電源濾波器,，可以有效降低電網(wǎng)的噪聲干擾。
功率因素校正電路主要由Vicor公司的諧波衰減模塊VI-HAMD,、VI-BAMD以及高壓濾波電路組成,，其中VI-HAMD是諧波衰減驅(qū)動器，VI-BAMD是諧波衰減倍增器,。由于諧波衰減模塊內(nèi)部具有功率因素校正電路,，因此可以把功率因數(shù)提高到0.99，同時將輸入的+310V電壓提升到+375V,，供給后級DC-DC變換電路和輔助電源,。
高壓濾波電路是由高壓電解電容組成,，它主要是將直流高壓進(jìn)行平滑濾波為后級變換儲能。前級的壓敏電阻器同瞬態(tài)電壓抑制器一起構(gòu)成了浪涌電壓抑制電路,，使模塊所承受的交流輸入浪涌電壓不超過410V,，確保模塊不會被浪涌電壓的沖擊所損壞。
DC-DC變換及輸出濾波
該部分主要是將+375V的直流高壓轉(zhuǎn)變?yōu)?48V的直流輸出電壓,。DC-DC變換采用Vicor公司的V375A48C600AL模塊兩個并聯(lián)使用來實(shí)現(xiàn),。
輸出濾波是由高頻電感和電容組成，它可以對直流脈動電壓進(jìn)行濾波,，使之變成低雜音,、低電磁干擾、高質(zhì)量的直流輸出,。
輔助電源
將+375V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5V的直流電壓,，給保護(hù)電路供電。
保護(hù)電路
主要實(shí)現(xiàn)輸出過流保護(hù),、輸出過壓保護(hù)" title="過壓保護(hù)">過壓保護(hù)以及電源工作狀態(tài)的指示,。諧波衰減模塊和DC-DC轉(zhuǎn)換器自身帶有部分保護(hù)功能，其中諧波衰減模塊內(nèi)部就具有輸入浪涌電流限制,、輸入瞬變過電壓保護(hù),、過熱保護(hù)、輸出過壓保護(hù),、短路保護(hù)等功能,，還能在工作不正常時控制后級DC-DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷；而DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部也具有輸入,、輸出過壓保護(hù),，輸入、輸出欠壓保護(hù),，輸出過流保護(hù),，過熱保護(hù)等功能。這些完備的保護(hù)功能盡可能的保證了模塊的安全,，同時也增強(qiáng)了開關(guān)電源的安全性,。
盡管模塊本身的保護(hù)功能很全面，但是有些保護(hù)的范圍并不適合系統(tǒng)的技術(shù)要求,。例如我們選擇模塊功率時,，要考慮到降額使用，因此模塊自身設(shè)置的過流保護(hù)點(diǎn)就會超出技術(shù)要求,，若使用模塊本身的過流保護(hù)功能,，很可能會發(fā)生后級電路已損壞而電源模塊過流保護(hù)還未啟動的現(xiàn)象。因此根據(jù)所需要的具體指標(biāo)，專門設(shè)計(jì)了過流保護(hù)電路,、過壓保護(hù)電路等,。同時為了迅速判斷電源的工作狀態(tài)以及故障可能發(fā)生的部位，我們設(shè)置了過壓,、欠壓,、過流、電源正常的指示燈,。
本電源主要采用了Vicor公司的電源模塊作為內(nèi)核集成,，并輔以簡單的外圍電路，整機(jī)體積小,、重量輕,、效率高，確保了長期滿負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性,。
基本技術(shù)指標(biāo)是輸入電壓220VAC±20%,、輸出DC +48V/20A、輸出電壓調(diào)整范圍+49~+59V,、效率≥80%,、電壓穩(wěn)定度＜0.5%、負(fù)載穩(wěn)定度＜1.5%,、紋波電壓Vp-p＜0.5%,，具有輸出過壓、限流,、過溫和短路保護(hù),。
工作原理
開關(guān)電源原理框圖如圖1所示。
圖1 開關(guān)電源原理框圖
交流輸入
輸入220V交流電壓后,，經(jīng)過壓敏電阻,、EMI濾波、橋式整流器,，瞬態(tài)電壓抑制器轉(zhuǎn)變成310V左右的直流電壓輸入功率因素校正電路,。EMI濾波選用了Vicor公司配套的電源濾波器，可以有效降低電網(wǎng)的噪聲干擾,。
功率因素校正電路主要由Vicor公司的諧波衰減模塊VI-HAMD,、VI-BAMD以及高壓濾波電路組成，其中VI-HAMD是諧波衰減驅(qū)動器,，VI-BAMD是諧波衰減倍增器,。由于諧波衰減模塊內(nèi)部具有功率因素校正電路，因此可以把功率因數(shù)提高到0.99,，同時將輸入的+310V電壓提升到+375V，供給后級DC-DC變換電路和輔助電源。
高壓濾波電路是由高壓電解電容組成,，它主要是將直流高壓進(jìn)行平滑濾波為后級變換儲能,。前級的壓敏電阻器同瞬態(tài)電壓抑制器一起構(gòu)成了浪涌電壓抑制電路，使模塊所承受的交流輸入浪涌電壓不超過410V,，確保模塊不會被浪涌電壓的沖擊所損壞,。
DC-DC變換及輸出濾波
該部分主要是將+375V的直流高壓轉(zhuǎn)變?yōu)?48V的直流輸出電壓。DC-DC變換采用Vicor公司的V375A48C600AL模塊兩個并聯(lián)使用來實(shí)現(xiàn),。
輸出濾波是由高頻電感和電容組成,，它可以對直流脈動電壓進(jìn)行濾波，使之變成低雜音,、低電磁干擾,、高質(zhì)量的直流輸出。
輔助電源
將+375V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5V的直流電壓,，給保護(hù)電路供電,。
保護(hù)電路
主要實(shí)現(xiàn)輸出過流保護(hù)、輸出過壓保護(hù)以及電源工作狀態(tài)的指示,。諧波衰減模塊和DC-DC轉(zhuǎn)換器自身帶有部分保護(hù)功能,，其中諧波衰減模塊內(nèi)部就具有輸入浪涌電流限制、輸入瞬變過電壓保護(hù),、過熱保護(hù),、輸出過壓保護(hù)、短路保護(hù)等功能,，還能在工作不正常時控制后級DC-DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷,；而DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部也具有輸入、輸出過壓保護(hù),，輸入,、輸出欠壓保護(hù)，輸出過流保護(hù),，過熱保護(hù)等功能,。這些完備的保護(hù)功能盡可能的保證了模塊的安全，同時也增強(qiáng)了開關(guān)電源的安全性,。
盡管模塊本身的保護(hù)功能很全面,，但是有些保護(hù)的范圍并不適合系統(tǒng)的技術(shù)要求。例如我們選擇模塊功率時,，要考慮到降額使用,，因此模塊自身設(shè)置的過流保護(hù)點(diǎn)就會超出技術(shù)要求，若使用模塊本身的過流保護(hù)功能,，很可能會發(fā)生后級電路已損壞而電源模塊過流保護(hù)還未啟動的現(xiàn)象,。因此根據(jù)所需要的具體指標(biāo),，專門設(shè)計(jì)了過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路等,。同時為了迅速判斷電源的工作狀態(tài)以及故障可能發(fā)生的部位,，我們設(shè)置了過壓、欠壓,、過流,、電源正常的指示燈。
關(guān)鍵技術(shù)
恒流特性
Vicor公司的DC-DC轉(zhuǎn)換器有一個次級控制引腳SC,，這個控制端用于調(diào)節(jié)輸出端+Sense和-Sense之間的受調(diào)電壓,，將電流源加到SC引腳，模塊的輸出電壓就可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整,。
圖2為本開關(guān)電源原理圖,，圖中N1和N3為運(yùn)算放大器CA3140，N2為電壓基準(zhǔn)TL431,，V13為晶體管BC107,，它們共同組成了電流源。CD1和CD2為分流電阻,，通過分流電阻對輸出電流采樣,，將電流值轉(zhuǎn)換為電壓值，由于該電壓值很低,，所以須經(jīng)過差分放大器N3進(jìn)行放大,，將這個放大的電壓值送入運(yùn)放N1的同相端，和由電壓基準(zhǔn)N2分壓得到的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,，通過運(yùn)放N1的輸出來控制晶體管V13的工作狀態(tài),，從而控制SC引腳。正常工作時,，運(yùn)放N1輸出低電平,，晶體管V13處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)輸出電流大于額定值達(dá)到恒流點(diǎn)時,，運(yùn)放N1輸出高電平,，晶體管V13處于飽和狀態(tài)致使輸出電壓下降，保護(hù)電源,，從而達(dá)到輸出電流恒定,。同時運(yùn)放N1輸出的高電平被送至比較器N6的3腳，與基準(zhǔn)電壓比較后輸出高電平,，點(diǎn)亮過流指示燈,。在這里，N4,、N5,、N6型號相同,，選用的是自帶基準(zhǔn)電壓的比較器LTC1440CN8，電位器RP3用于調(diào)節(jié)恒流點(diǎn)的值,。
過壓保護(hù)
如圖2所示,，輸出采樣電壓經(jīng)過電阻R25,，電位器RP6接入比較器N5的3腳,，將基準(zhǔn)電壓接入比較器N5的4腳。當(dāng)輸出電壓高于最大輸出電壓時,，比較器N5的8腳輸出高電平,，使得光耦N8的4腳和6腳導(dǎo)通，將功率模塊的PC端接地,，關(guān)閉電源輸出,，同時點(diǎn)亮過壓指示燈。二極管V14用于在過壓狀態(tài)時將電源永久關(guān)閉,，否則,，電源會處于“打嗝”狀態(tài)。
圖2 開關(guān)電源原理圖
欠壓指示
輸出采樣電壓經(jīng)過電阻R24,，電位器RP5接入比較器N4的4腳,，基準(zhǔn)電壓接入比較器N4的3腳。當(dāng)輸出電壓低于最小輸出電壓時,，比較器N4的8腳輸出高電平點(diǎn)亮欠壓指示燈,。在這里，電源處于欠壓狀態(tài)時僅通過指示燈來指示,。
電磁兼容
電路傳輸線間的傳導(dǎo)干擾,、開關(guān)噪聲、輻射噪聲,、負(fù)載的容感性等等問題都會產(chǎn)生電磁干擾,。就干擾本身來說，它必備三個條件：干擾源,、耦合路徑和敏感源,。在電磁兼容" title="電磁兼容">電磁兼容設(shè)計(jì)過程中，主要從減小干擾源,、阻斷干擾路徑和加強(qiáng)電源自身抗干擾能力這三個方面著手,。
在結(jié)構(gòu)方面，我們將電源機(jī)箱設(shè)計(jì)為一個相對密封的屏蔽腔體,。腔體底部設(shè)計(jì)為獨(dú)立風(fēng)道,，風(fēng)道后部安裝軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)道,、軸流風(fēng)機(jī)與屏蔽腔體隔離,，這樣既增強(qiáng)了散熱又加強(qiáng)了開關(guān)電源的屏蔽效果,。
在電路方面采取了如下幾項(xiàng)措施：
1、為了避免傳導(dǎo)干擾,，在輸入端選用了Vicor公司配套的EMI濾波器,，并且使交流輸入端和濾波器端子盡可能靠近，連線盡量短,，濾波器的外殼和機(jī)殼緊密相連,，良好接地，這樣避免了外部的干擾通過輸入線傳導(dǎo)至電源內(nèi)部,。
2,、在PCB布線上：通過大面積鋪設(shè)地線網(wǎng)，減小地線電感來降低噪聲,；盡量縮短信號線,、電源線和功率線，電流環(huán)路也盡可能小,，從而減小印制板對干擾信號的耦合,；所有芯片的電源管腳都接有濾波電容，并使芯片的供電線路盡可能短,；輸入電路,、高頻電路、輸出電路分別單獨(dú)接地,，然后再連接到公共地上,，也就是“一點(diǎn)接地”原則。
3,、電源模塊本身使用了高頻ZCS開關(guān)技術(shù),，ZCS大大降低了變換過程中開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時的dv/dt與di/dt，使模塊本身的開關(guān)噪聲和輻射噪聲干擾變的很??；同時模塊本身的抗干擾能力就比較強(qiáng)，因此在作為干擾源和敏感源方面,，電源模塊都展現(xiàn)出了較好的電磁屏蔽功能,。另外，在模塊和機(jī)殼之間使用Y電容來減小共模電流,，并在輸出端采用共模電感,，加入LC濾波器。
結(jié)論
本電源完全滿足技術(shù)要求并且順利通過了電磁兼容的傳導(dǎo)和輻射測試,。利用Vicor模塊設(shè)計(jì)的通信基礎(chǔ)開關(guān)電源和分立元件的設(shè)計(jì)相比,，電源模塊集成度高、體積小,、功率密度大,，從而可靠性,、穩(wěn)定度相對較高，并且安裝方便,，故障判斷和維修也相對容易,。