淺析48V/50A開關(guān)電源整流模塊主電路設(shè)計(jì)

高頻開關(guān)電源系統(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(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好等很多優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的性能也越來越好。通信用開關(guān)電源系統(tǒng)作為開關(guān)式穩(wěn)壓電源的一種形式，它的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法都具有自己的特殊性。

要設(shè)計(jì)一套通信用開關(guān)電源系統(tǒng)，首先要明白對(duì)它的全面要求，然后再設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)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(jì)具有特殊的內(nèi)容和方法。

1 設(shè)計(jì)要求和具體電路設(shè)計(jì)

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

1) 電網(wǎng)允許的電壓波動(dòng)范圍

單相交流輸入，有效值波動(dòng)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(biāo)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(hù)和告警性能

①當(dāng)輸入電壓低到170 VAC或高到270 VAC，或散熱器溫度高到75 ℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。

②當(dāng)模塊直流輸出電壓高到60 V，或輸出電流高到58～60 A時(shí)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。

③當(dāng)輸出電流高到53～55 A時(shí)，自動(dòng)限流，負(fù)載繼續(xù)加大時(shí)，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(biāo)

模塊的其他性能指標(biāo)都要滿足“YD/T731”和“入網(wǎng)檢驗(yàn)實(shí)施細(xì)則”等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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(jì)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?fù)湫问?，工作可靠性高?/p>

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(jì)出主電路的基本形式如圖1。

以下即可按照模塊設(shè)計(jì)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。

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(jì)算

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

4)濾波電解電容的計(jì)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(yàn)室”建設(shè)情況，設(shè)計(jì)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(yàn)室供電系統(tǒng)，完全符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的目的。