《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高效率、低應(yīng)力,、低污染、低輸出紋波通信開關(guān)電源
摘要: 高頻開關(guān)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(shè)備,,是集電路、磁路,、控制及計算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)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(shù)的發(fā)展,,電源技術(shù)也在不斷地前進(jìn)。本文對影響開關(guān)電源性能的幾個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,,在此基礎(chǔ)上研制新型高可靠性,、高效率、低污染開關(guān)電源系統(tǒng),。
Abstract:
Key words :
 

  1引言

  高頻開關(guān)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(shè)備,,是集電路、磁路,、控制及計算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)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(shù)的發(fā)展,,電源技術(shù)也在不斷地前進(jìn),。本文對影響開關(guān)電源性能的幾個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上研制新型高可靠性,、高效率,、低污染開關(guān)電源系統(tǒng)。

  2市場對新型開關(guān)電源的主要技術(shù)要求

 ?。?)高可靠性開關(guān)電源系統(tǒng)MTBF(平均無故障工作時間)應(yīng)≥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,。

 ?。?)低輸出紋波紋波大是開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一,是引起數(shù)字電路誤動作,、計算機(jī)死機(jī)的主要原因,。

  3新型開關(guān)電源組成

  新型低污染、高效率,、低應(yīng)力,、低輸出紋波開關(guān)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(guān)功率因數(shù)校正電路,,相移諧振軟開關(guān)DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。

圖1

  4低應(yīng)力高可靠電源變換技術(shù)

  功率器件開關(guān)應(yīng)力(包括熱應(yīng)力和電應(yīng)力)是影響電源可靠性的主要因素,,功率器件的熱應(yīng)力包括其穩(wěn)態(tài)溫升和開關(guān)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(guān),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(guān)過程中UI乘積,,可通過使開關(guān)過程中電壓、電流波形錯位的方法來減少,。功率器件的電應(yīng)力即開關(guān)過程中電壓,、電流變化率及峰值。新型電源設(shè)計中采用軟開關(guān)變換技術(shù)來減少功率器件的應(yīng)力,,提高系統(tǒng)可靠性,。軟開關(guān)變換技術(shù)包括前級功率因數(shù)校正、軟開關(guān)變換技術(shù)和后級相移軟開關(guān)變換技術(shù)兩部分,前級功率因數(shù)校正及軟開關(guān)變換電路的原理如圖2所示,。

圖2

  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(guān)管,,V2為輔助開關(guān)管,在主管V1開通之前先使V2導(dǎo)通,,實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管的ZVS開通,,從而顯著降低功率器件的開關(guān)損耗和開關(guān)電應(yīng)力,提高系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容性,。

圖3

  后級相移軟開關(guān)變換電路原理如圖4所示,。

圖4

  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。

圖5

  該電路工作的主要難點(diǎn)是如何在比較大的范圍內(nèi)使滯后臂實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),,通過諧振電感,、電容及死區(qū)時間的優(yōu)化設(shè)計滿足要求。

  5低污染電源變換技術(shù)

  低頻諧波干擾及高頻電磁干擾是開關(guān)電源污染的主要形式,,低頻諧波干擾主要來源于開關(guān)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(shù),,即采用有源功率變換使開關(guān)電源輸入線性化的技術(shù),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,。

圖6

  高頻電磁干擾是開關(guān)電源的另一種污染,指150kHz~30MHz的高頻傳導(dǎo)干擾,。主要包含兩類干擾:常模干擾,,即高頻器件開關(guān)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(jī)殼地之間的漏電流引起的輸入線與機(jī)殼地之間的干擾。電源中采用了常模共模濾波網(wǎng)絡(luò),濾除電源高頻干擾,。另外,,在功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間采用法拉地屏蔽器,、主功率變換采用軟開關(guān)技術(shù)及優(yōu)化輸入電感濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,,也可以顯著增強(qiáng)電源的抗高頻干擾性能。

  6輸出紋波抑制措施

  開關(guān)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(guān)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(yù)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(guān)變換電路,,其大小主要和開關(guān)電源的變換頻率,、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān),設(shè)計中盡量提高功率變換頻率,,以減少高頻開關(guān)噪聲,。

  共模噪聲主要來源于功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的漏電流,,盡量減少功率器件,、變壓器與機(jī)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(fù)時二極管結(jié)電容,、功率器件開關(guān)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(fù)特性二極管,、結(jié)電容小的開關(guān)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(shù)指標(biāo)

  ·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(fù)載效應(yīng):±0.08%

  ·源效應(yīng):±0.02%

  ·負(fù)載響應(yīng):<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(shí)現(xiàn)高可靠性,、低污染,、低輸出紋波的技術(shù)措施,并在此基礎(chǔ)上研制成功新型高效率,、低污染,,低輸出紋波開關(guān)電源,達(dá)到原郵電部入網(wǎng)要求,,滿足市場需求,?!?/p>



 

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