基于VICOR模塊的通信基礎(chǔ)電源設(shè)計
主要實現(xiàn)輸出過流保護、輸出過壓保護以及電源工作狀態(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、過熱保護、輸出過壓保護、短路保護等功能,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,輸入、輸出欠壓保護,輸出過流保護,過熱保護等功能。這些完備的保護功能盡可能的保證了模塊的安全,同時也增強了開關(guān)電源的安全性。
盡管模塊本身的保護功能很全面,但是有些保護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)置的過流保護點就會超出技術(shù)要求,若使用模塊本身的過流保護功能,很可能會發(fā)生后級電路已損壞而電源模塊過流保護還未啟動的現(xiàn)象。因此根據(jù)所需要的具體指標,專門設(shè)計了過流保護電路、過壓保護電路等。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為運算放大器CA3140,N2為電壓基準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進行放大,將這個放大的電壓值送入運放N1的同相端,和由電壓基準N2分壓得到的基準電壓進行比較,通過運放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,運放N1輸出低電平,晶體管V13處于截止狀態(tài);當輸出電流大于額定值達到恒流點時,運放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,保護電源,從而達到輸出電流恒定。同時運放N1輸出的高電平被送至比較器N6的3腳,與基準電壓比較后輸出高電平,點亮過流指示燈。在這里,N4、N5、N6型號相同,選用的是自帶基準電壓的比較器LTC1440CN8,電位器RP3用于調(diào)節(jié)恒流點的值。
過壓保護
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,將基準電壓接入比較器N5的4腳。當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,基準電壓接入比較器N4的3腳。當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。在電磁兼容設(shè)計過程中,主要從減小干擾源、阻斷干擾路徑和加強電源自身抗干擾能力這三個方面著手。
在結(jié)構(gòu)方面,我們將電源機箱設(shè)計為一個相對密封的屏蔽腔體。腔體底部設(shè)計為獨立風道,風道后部安裝軸流風機,風道、軸流風機與屏蔽腔體隔離,這樣既增強了散熱又加強了開關(guān)電源的屏蔽效果。
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