高效率、低應(yīng)力、低污染、低輸出紋波通信開關(guān)電源的研制

摘要：電源是通信系統(tǒng)的供電核心。在系統(tǒng)分析電源關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用軟開關(guān)有源功率因數(shù)校正技術(shù)，相移諧振軟開關(guān)變換技術(shù)和輸入EMI、輸出紋波濾波技術(shù)研制成高效率、低應(yīng)力、低污染、低輸出紋波的開關(guān)電源，并通過了原郵電部入網(wǎng)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：電源軟開關(guān)功率因數(shù)校正移相諧振

High Efficiency Low Electric Stress Low Electric Pollution Low Output

Ripple Switching Power Supply for Telecommunication

Abstract: power supply is very important for telecommunication.A new high efficiency , low electric stress , low electric pollution and low output ripple switch power supply was fabricated. ZVS active power factor corrector, ZVS full－ bridge phase－ shift converter and new filter for EMI input ＆ output ripple was consisted in the system. The system reaches the standard of MPT requirements.

Keywords: Power supply Soft switching PFC Phase－ shift resonance

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(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)外許多大公司，包括英國(guó)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(duì)影響開關(guān)電源性能的幾個(gè)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(chǎng)對(duì)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(shí)間）應(yīng)≥15萬小時(shí)。

　?。?）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(gè)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(dòng)作、計(jì)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(cuò)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(jì)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(jí)功率因數(shù)校正、軟開關(guān)變換技術(shù)和后級(jí)相移軟開關(guān)變換技術(shù)兩部分，前級(jí)功率因數(shù)校正及軟開關(guān)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(dòng)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2

圖3

　　后級(jí)相移軟開關(guān)變換電路原理如圖4所示。

　　V1－V4組成橋式變換電路，L1為儲(chǔ)能諧振電感，其控制由Unitrode公司UC3875完成，V1，V2，V3，V4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖5所示。

　　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(shí)間的優(yōu)化設(shè)計(jì)滿足要求。

圖4