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淺析48V/50A開關(guān)電源整流模塊主電路設(shè)計

作者: 時間:2012-03-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

高頻系統(tǒng)具有體積小,重量輕,高效節(jié)能,輸出紋波小,輸出雜音電壓小和動態(tài)響應(yīng)性能好等很多優(yōu)點,現(xiàn)已開始逐步地取代整流式電源而成為現(xiàn)代通訊設(shè)備的新型基礎(chǔ)電源系統(tǒng)[1]。隨著電子技術(shù),電力電子技術(shù),自動控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展,高頻系統(tǒng)的性能也越來越好。通信用系統(tǒng)作為開關(guān)式穩(wěn)壓電源的一種形式,它的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法都具有自己的特殊性。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/199563.htm

要設(shè)計一套通信用開關(guān)電源系統(tǒng),首先要明白對它的全面要求,然后再設(shè)計系統(tǒng)的各個部分。高頻開關(guān)電源主回路和控制回路所用的電路形式,元器件,控制方式都發(fā)展很快。它們的設(shè)計具有特殊的內(nèi)容和方法。

1 設(shè)計要求和具體電路設(shè)計

通信基礎(chǔ)開關(guān)電源系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是開關(guān)電源。的規(guī)格很多,結(jié)合在工作中遇到的實際情況,提出該模塊設(shè)計的硬指標如下:

1) 電網(wǎng)允許的電壓波動范圍

單相交流輸入,有效值波動范圍:220 V±20%,即176~264 V;頻率:45~65 Hz。

2) 直流輸出電壓,電流

輸出電壓:標稱-48V,調(diào)節(jié)范圍:浮充,43~565V;均充,45~58V。

輸出電流:額定值:50A。

3) 保護和告警性能

①當輸入電壓低到170 VAC或高到270 VAC,或散熱器溫度高到75 ℃時,自動關(guān)機。

②當模塊直流輸出電壓高到60 V,或輸出電流高到58~60 A時,自動關(guān)機。

③當輸出電流高到53~55 A時,自動限流,負載繼續(xù)加大時,調(diào)低輸出電壓。

4) 效率和功率因數(shù)

模塊的效率不低于88%,功率因數(shù)不低于0.99。

5) 其他指標

模塊的其他性能指標都要滿足“YD/T731”和“入網(wǎng)檢驗實施細則”等行業(yè)標準。

由于模塊的輸出功率不大,可采用如下的基本方案來設(shè)計主電路:

1) 單相交流輸入,采用高頻有源功率因數(shù)校正技術(shù),以提高功率因數(shù);

2) 采用雙正激變換電路拓撲形式,工作可靠性高;

3) 主開關(guān)管采用 VMOSFET,逆變開關(guān)頻率取為50 kHz;

4) 采用復(fù)合隔離的逆變壓器,一只變壓器雙端工作;

5) 采用倍流整流電路,便于繞制變壓器。

依照上述方案,即可設(shè)計出主電路的基本形式如圖1。

111.jpg
以下即可按照模塊設(shè)計的要求來確定主電路中各元器件的基本參數(shù)。

1) 輸出整流管的選擇

輸出整流二極管的工作波形如圖2所示。

112.jpg

由圖可見,二極管D5和D6的峰值電流約為50 A,平均電流為25 A。D5和D6承受的最高反向電壓為:

VD=Vidcmax/n=395V/3≈132V

因此,可以選擇300∶400 V,50∶60

A的超快軟恢復(fù)的整流二極管模塊,如ST的STTA12004T(V),260 A等。

2)逆變主開關(guān)管的選擇

開關(guān)管的電流ICM等于逆變變壓器原邊的電流I1,即:

ICM=I1

=I2/n=25 A/3≈8.3 A

所以,逆變主開關(guān)管T1∶T4可以選擇(550∶600)V,(20∶30)A的VMOSFET,如IR的IRFK3FC50等模塊。

續(xù)流二極管D1∶D4可以選擇(550∶600)V,(15∶20)A的快速恢復(fù)二極管。

3)濾波電感的計算

直流輸出LC濾波的工作頻率為100 kHz,通信開關(guān)電源要求在5%的額定負載下,保證雜音滿足指標。額定情況下,最大占空比:

113.jpg

4)濾波電解電容的計算

按照離散雜音的要求,電容上允許的100 kHz下的紋波Δuc=3 mV。通過選擇開關(guān)電源專用電解電容并和無極性電容并聯(lián),將總的ESZ控制在1.5 mΩ以下,則有:

C=ΔiLT/(t×ΔVc)≈5 556 μH

2 結(jié)語

現(xiàn)代通信設(shè)備已開始廣泛地采用開關(guān)式基礎(chǔ)電源系統(tǒng)。本文結(jié)合筆者所在的“通信原理試驗室”建設(shè)情況,設(shè)計了開關(guān)電源系統(tǒng)整流模塊的主電路。該電路已經(jīng)成功應(yīng)用于試驗室供電系統(tǒng),完全符合設(shè)計要求,達到了預(yù)期的目的。



關(guān)鍵詞: 開關(guān)電源 整流模塊

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