高效率、低應力、低污染、低輸出紋波通信開關電源的研制

摘要：電源是通信系統的供電核心。在系統分析電源關鍵技術的基礎上，采用軟開關有源功率因數校正技術，相移諧振軟開關變換技術和輸入EMI、輸出紋波濾波技術研制成高效率、低應力、低污染、低輸出紋波的開關電源，并通過了原郵電部入網測試。

關鍵詞：電源軟開關功率因數校正移相諧振

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

　　高頻開關通信電源系統是通信、電力、交通、金融等行業的主要供電設備，是集電路、磁路、控制及計算機技術于一體的高新技術產品。目前國內外許多大公司，包括英國Advance、華為、中興、通力環等都有系列產品銷售。但隨著通信產業和電力電子技術的發展，電源技術也在不斷地前進。本文對影響開關電源性能的幾個關鍵技術進行了分析，在此基礎上研制新型高可靠性、高效率、低污染開關電源系統。

2市場對新型開關電源的主要技術要求

　　（1）高可靠性開關電源系統MTBF（平均無故障工作時間）應≥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。

　　（3）低輸出紋波紋波大是開關電源的缺點之一，是引起數字電路誤動作、計算機死機的主要原因。

3新型開關電源組成

　　新型低污染、高效率、低應力、低輸出紋波開關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，前級有源軟開關功率因數校正電路，相移諧振軟開關DC/DC變換電路及輸出紋波抑制電路等。

圖1

4低應力高可靠電源變換技術

　　功率器件開關應力（包括熱應力和電應力）是影響電源可靠性的主要因素，功率器件的熱應力包括其穩態溫升和開關過程中的動態功耗兩部分，穩態溫升主要和系統的效率有關，只有減少系統各元器件的功耗（主要包括變壓器、變換器件、吸收回路的功耗），才能提高系統效率從而降低穩態溫升。動態損耗即開關過程中UI乘積，可通過使開關過程中電壓、電流波形錯位的方法來減少。功率器件的電應力即開關過程中電壓、電流變化率及峰值。新型電源設計中采用軟開關變換技術來減少功率器件的應力，提高系統可靠性。軟開關變換技術包括前級功率因數校正、軟開關變換技術和后級相移軟開關變換技術兩部分，前級功率因數校正及軟開關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、輔管驅動波形如圖3所示，V1為主開關管，V2為輔助開關管，在主管V1開通之前先使V2導通，實現主開關管的ZVS開通，從而顯著降低功率器件的開關損耗和開關電應力，提高系統的可靠性和電磁兼容性。

圖2

圖3

　　后級相移軟開關變換電路原理如圖4所示。

　　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的驅動信號如圖5所示。

　　該電路工作的主要難點是如何在比較大的范圍內使滯后臂實現軟開關，通過諧振電感、電容及死區時間的優化設計滿足要求。

圖4